题目内容

【题目】图甲是某种电热饮水机的简化电路示意图,它由加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S0自动控制),乙图是它的有关参数.求:

1)当温控开关S0断开时,饮水机处于 状态(填保温加热),并说明理由.

2R1R2的电阻值各是多大?

3)在用电高峰期,该饮水机的实际工作电压只有200V,加热效率为80%,若将装满水箱的水从20℃加热至沸腾(当时气压为标准大气压),需要多长时间?(C=4.2×103J/kg℃),ρ=1.0×103kg/m3,忽略温度对电阻的影响)

【答案】1)保温;当温控开关S0断开时,R1R2串联,电路中的总电阻最大,由P=可知,电压一定时,电路的总功率最小,饮水机处于保温状态;

2R1R2的电阻值依次为110Ω1100Ω

3)将装满水箱的水从20℃加热至沸腾,需要2310s

【解析】试题分析:(1)分析开关闭合(只有R1)和断开时(两电阻串联)的电路组成及电阻关系,根据P=分析哪种情况电功率大,电功率大的为加热状态,电功率小的为保温状态;

2)当温控开关S0闭合时,电路为R1的简单电路,饮水机处于加热状态,根据P=求出R1的电阻值;当温控开关S0断开时,R1R2串联,饮水机处于保温状态,根据P=求出电路中的总电阻,利用电阻的串联求出R2的电阻值;

3)装满水箱时水的体积和容积相等,根据m=ρV求出水的质量,标准大气压下水的沸点是100℃,根据Q=cmt﹣t0)求出水吸收的热量,根据η=×100%求出消耗的电能,利用W=t求出加热时间.

解:(1)由电路图可知,当S0断开时R1R2串联,当S0闭合时只有R1连入电路,

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,

所以,当温控开关S0断开时,电路中的总电阻最大,

P=可知,电压一定时,电路的总功率最小,饮水机处于保温状态;

2)当温控开关S0闭合时,电路为R1的简单电路,饮水机处于加热状态,

P=可得,R1的电阻值:

R1===110Ω

当温控开关S0断开时,R1R2串联,饮水机处于保温状态,

则电路中的总电阻:

R===1210Ω

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,

所以,R2的电阻值:

R2=R﹣R1=1210Ω﹣110Ω=1100Ω

3)装满水箱时水的体积:

V=2L=2dm3=2×103m3

ρ=可得,水的质量:

m=ρV=1.0×103kg/m3×2×103m3=2kg

标准大气压下水的沸点是100℃,则水吸收的热量:

Q=cmt﹣t0=4.2×103J/kg℃×2kg×100℃﹣20℃=6.72×105J

η=×100%可得,饮水机消耗的电能:

W===8.4×105J

W=t可得,需要的加热时间:

t′===2310s

答:(1)保温;当温控开关S0断开时,R1R2串联,电路中的总电阻最大,由P=可知,电压一定时,电路的总功率最小,饮水机处于保温状态;

2R1R2的电阻值依次为110Ω1100Ω

3)将装满水箱的水从20℃加热至沸腾,需要2310s

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