Question

3．如图1所示是一款用电热管加热，用半导体元件致冷的新型家用、车载用电器．图2是它的工作电路原理简图，其中R₁为电热管，PN为致冷元件，适配器可将220V的交流电变为12V的直流电输出，此用电器铭牌中的相关参数如下表所示．

名称	×××冷热箱
产品尺寸	30×29×32cm
额定电压	交流220V	直流12V
R1的额定功率	55W
PN的额定电流		2A

（1）电热管R₁是利用电流的热效应来工作的，适配器“变交为直“这一功能在直流发电机中是通过换向器（填写器件名称）来实现．
（2）该冷热箱在加热状态下工作时，电路中的电流为多大？电热管R₁的电阻为多少？
（3）在致冷状态下工作时，要使150g的可乐温度降低8℃，则至少应闭合开关S₂多长时间？（已知：可乐的比热容为3.8×10³J/kg•℃）

Answer 1

分析 （1）电热管是利用电流热效应原理，把电能转化为内能；换向器的作用就是将线圈中的交流电在输出时变为直流电；
（2）根据P=UI求出在加热状态下工作时，电路中的电流；再根据R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出电热管R₁的电阻；
（3）根据Q=cm△t求出可乐放出的热量，即为冷热箱做的功，再根据W=UIt求出时间．

解答 解：（1）电热管把电能转化为内能，是利用电流热效应原理来工作的；
在直流发电机中是通过换向器将线圈中的交流电在输出时变为直流电；
（2）由P=UI得：
电路中的电流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{55W}{12V}$≈4.58A；
电热管R₁的电阻R₁=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（12V）^{2}}{55W}$≈2.6Ω；
（3）可乐温度降低8℃放出的热量：
Q=cm△t=3.8×10³J/（kg•℃）×0.15kg×8℃=4.56×10³J，
在致冷状态下工作时电流做的功W=Q=4.56×10³J，
由W=UIt得：
工作时间t=$\frac{W}{UI}$=$\frac{4.56×1{0}^{3}J}{12V×2A}$=190s．
答：（1）热；换向器；
（2）电路中的电流为4.58A；电热管R₁的电阻为2.6Ω；
（3）应闭合开关S₂190s．

点评 此题主要考查的是学生对电流热效应、换向器作用、功率、热量、电功计算公式的理解和掌握，综合性很强，注意变形公式的应用．