题目内容
【题目】如图是某家用电热水器的简化电路图,温控开关S可根据水温自动切换加热和保温两种状态,R1、R2是发热电阻.热水器主要参数如下表。[水的比热容为
J/(kg℃)]
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(1)开关S跳至______触点位置时,热水器进入加热状态。
(2)R1的阻值为多大____________?
(3)水箱中装满初温为25℃的水,加热使温度升高到55℃,水需要吸收多少热量_________?
(4)若改用煤气来加热这些水,需要完全燃烧多少千克煤气 _______?(煤气的热值q=4.2×107J/kg,假设煤气燃烧放出的热量全部被水吸收)
(5)在上述加热状态下,热水器正常工作35min需消耗多少电能___________?加热效率是多少 __________?
【答案】a 24.2欧 3.78×106J 0.09千克 4.2×106J 90%
【解析】
(1)分析开关接a和b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;已知电热水器的容积,利用密度公式可求得水的质量;(2)由电功率公式的变形公式R=
求出电阻阻值.
(3)根据Q=cm△t可求得水需要吸收多少热量.(4) 由Q=qm可求煤气的质量;
(5)根据W=Pt求得需消耗多少电能,利用η=
可求得加热效率.
(1)由电路图可知,开关S跳至b触点位置时,两电阻串联,电路电阻较大,开关S跳至a触点位置时,只有电阻R1接入电路,电阻R2被短路,此时电路电阻较小,电源电压U一定,由P=
可知,电阻越大,电路功率越小,电阻越小,电热水器功率越大,因此当开关S跳至a触点位置时,电路阻值较小,电功率较大,电热水器处于加热状态。
已知电热水器的容积V=30L=30dm3=0.03m3,由ρ=
可知,水的质量:m=ρV=1.0×103kg/m3×0.03m3=30kg,
(2)当开关S跳至a触点位置时,只有电阻R1接入电路,
由P=
可知,电阻阻值:R1=
=
=24.2Ω,
(3)水吸收的热量Q=cm△t=4.2×103J/(kg℃)×30kg×(55℃-25℃)=3.78×106J,
(4) 若改用煤气来加热这些水,由Q=qm得煤气的质量为:m=
=
=0.09千克;
(5)由P=
可得,加热状态下,热水器正常工作35min需消耗电能W=P加热t=2000W×35×60s=4.2×106J。加热效率η=
×100%=
×100%=90%。