一個「智能電熱馬桶蓋」引發的物理爭論！到底什麼物理原理？

來自專欄中學物理5 人贊了文章

第一次聽到「智能電熱馬桶蓋」的人們都覺得這肯定是一種很「高大上」的馬桶蓋，人們都想，如果是在寒冷的冬天用這種智能電熱馬桶蓋，肯定舒適無比，也因此在前幾年出現了不少人不惜跨過海洋阻隔爭先恐後去鄰國搶購這種馬桶蓋的盛況。

那麼這種智能電熱馬桶蓋到底有什麼神奇之處呢？其利用的物理原理到底是什麼呢？

其實，如果把這種馬桶蓋內部的「等效電路圖」畫出來的話，我們就會明白，其物理原理竟然如此簡單，連初中生都能懂得，甚至初中生們都能設計出來這種簡單電路！但是不少人看到這個等效電路圖之後都感覺非常不可思議，怎麼可能這麼簡單？如果這麼簡單的話，哪還有必要去國外搶購啊。甚至一些中學生們也為此爭吵，認為內部基本原理肯定不會如此簡單。

真的不信？

請看一下下面這道往年中考物理題：

這道往年中考物理題其實是一道通過「智能電熱馬桶蓋」來考查電學當中的「檔位問題」綜合題。這是各地中考最常出現的一種壓軸題型，即常常通過各種家庭用電器來考查電學中的幾乎所有重要知識點，主要包括：「電路的串並聯判斷問題，電阻的大小判斷與求解問題，檔位的實質問題，電功率基本公式的應用問題，電能的概念，額定功率與實際功率的區別問題」。

這也是馬上面臨中考的初三學生們在最後複習階段應該特別重視並加強訓練和歸納的類型題。

本題首先說明了這種智能電熱馬桶蓋分為三個加熱檔位，（也正因此，在冬季坐便時可以自由調節溫度，從而不必在馬桶蓋上再套上「馬桶座圈」，不必再為馬桶圈經常潮濕而煩惱了。）對於初三的學生們來說，他們會立刻想到這是一種電學中的「檔位」問題，也就是一種基本的「電阻的組合」問題。本題中這位中學生所設計的幾個開關控制的簡單電路可以非常好的解釋這種馬桶蓋的物理原理！

是的，真正的物理原理就是這樣簡單，「三個檔位」只不過是「兩個電阻的三種連接方式」！

根據中學物理電功率的基本公式可知，當電路中的加熱電阻最大時，對應的檔位是低溫檔；當電路中的加熱電阻最小時，對應的檔位是高溫檔；當電路中的加熱電阻不大不小時，對應的檔位是中溫檔。

所以，當兩個電阻並聯時，智能電熱馬桶蓋處於高溫檔；當兩個電阻串聯時，智能電熱馬桶蓋處於低溫檔；當只有其中一個電阻時，智能電熱馬桶蓋處於中溫檔。

這樣看來，本題雖然是中考物理電學壓軸題，但是並不難解，具體求解過程如下：

本題的第一問和第二問簡直就是送分的問題，根據已知中溫檔和低溫檔的電功率，直接套用公式求解即可。稍微有點麻煩的是第三問，通過以上分析可知，高溫檔加熱時兩個電阻是並聯的，所以高溫檔功率應該等於兩個並聯電阻消耗的電功率之和，由於R1消耗的功率正是中溫檔功率，所以問題就變成了求解R2消耗的電功率，由於R2大小未知，最終問題轉變成了求解R2的大小，具體求解過程如下：

這麼看來，這種智能電熱馬桶蓋的物理原理真的是非常簡單，這種中考物理題也不太難，對於中考生來說，本題的分數應該是志在必得的！

中學生朋友們，中考衝刺階段一定重視各種物理與生活相關的問題，要多歸納總結規律，為了美好的未來，加油！

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