Question

（2003?山东）为研究某种植物在恒温下生长的规律，物理兴趣小组的同学，设计制作了一台如图所示的恒温箱

（2003?山东）为研究某种植物在恒温下生长的规律，物理兴趣小组的同学，设计制作了一台如图所示的恒温箱．箱内安装了一根电热丝，按实际需要，电热丝每秒应向箱内提供539J的热量（设电能全部转化为内能）．经选用合适的材料制成后，用220V的恒压电源供电，测得该电热丝每秒实际供热1100J．为使电热丝供热达到设计要求，在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下，应在箱外怎样连接一个电阻元件？并通过计算确定这个电阻元件的阻值．

Answer 1

为了使电热丝每秒产生的热量减少，电阻元件应与电热丝串联．
由题知，用220V的恒压电源供电，测得该电热丝每秒实际供热1100J，
即：Q=

U2

R

t=

(220V)2

R

×1s=1100J，
∴电热丝的电阻：R=44Ω，
按设计要求，电热丝每秒产生热量为539J，
∵Q=I²Rt，
∴通过电热丝的电流：
I=

Q′ Rt

=

539J 44Ω×1s

=3.5A，
电热丝两端的电压：
U_R=IR=3.5A×44Ω=154V，
电阻元件两端的电压：
U_R′=U-U_R=220V-154V=66V，
∴R′=

U′R

I

=

66V

3.5A

≈18.9Ω．
答：应在箱外串联一个电阻元件，阻值为18.9Ω．