题目内容
【题目】如图所示的电路,是小明同学家中的电热饮水机的电路原理图。其中R1、R2是发热管中的两个发热电阻。这种饮水机有加热和保温两种状态,这两种状态轮流工作,由温控开关S2自动控制:当瓶胆内水的温度被加热到90℃时,加热状态就停止而进入保温状态;当胆内水的温度降到60℃时,加热状态就启动。该饮水机的铭牌如表所示,其中保温功率已模糊不清,经查证R1=9R2,小明同学通过观察还发现:当瓶胆内装满水时,饮水机的加热状态每次只启动5min就停止,再间隔15min后又开始启动。(已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),1L水的质量为1kg)
(1)当温控开关S2处于____状态时,电路处于加热状态。
(2)该饮水机的保温功率是多少__________?
(3)该饮水机在一个工作循环的20min内,消耗的电能为多少 _________?
(4)在15min的保温过程中,瓶胆内的水散失的热量为多少 ___________J?
(5)在电热饮水机加热工作的时候,小明将家里的其它用电器都关闭,他观察到家里标有“3000r/kW·h”字样的电能表转盘在1min内转过了20转。此时电路的实际电功率是多大____________?
【答案】 闭合 50W 1.95×105J 1.26×105J 400W
【解析】分析:(1)根据电路图,结合电功率公式分析判断;
(2)根据加热功率和电阻的关系,求出两电阻的大小,最后利用公式求出保温功率的大小;
(3)由题意可知加热以及保温状态的功率和时间,则由电功公式可求得加热和保温水所消耗的电能,二者之和就是一个工作循环消耗的电能;
(4)由题知,水的温度从90℃降到60℃时,经历15min后开始启动,由 计算水放出热量,即散失的热量;
(5)3000r/kWh表示每消耗1kWh的电能,电能表的表盘就转过3000r;由此可求20r消耗的电能,根据公式可计算出实际功率。
解答:(1)由图甲可知,开关S1和S2闭合时两电阻并联,只S1闭合时只有R1连入电路中,电源电压一定,两电阻并联时电路的总电阻小于R1的电阻,由知,两开关都闭合时,两电阻并联电路消耗电功率较大,为加热状态;只S1闭合时,电路消耗电功率较小,为保温状态;
(2)饮水机加热时,开关S2闭合,两电阻并联,由并联电路的电阻特点知,此时电路中的总电阻:,由题知,,则加热时的功率:
,
所以, ,饮水机保温时,开关S2断开,电路为R1的简单电路,则保温时饮水机的电功率;
(3)由 可得,加热5min消耗的电能:
;
保温15min消耗的电能:;该饮水机在一个工作循环的20min内,消耗的电能为:;
(4)由题知,水的温度从90℃降到60℃时,经历15min后开始启动,此过程中水放出热量,即散失的热量:;
(5)电能表1min内转过了20转,所以电热饮水机消耗的电能:
,
此时电路的实际电功率:。
故答案为:(1). 闭合 (2). 50W (3). 1.95×105J (4). 1.26×105J (5). 400W