题目内容
图甲是一台常用的电热饮水机,下表是它的铭牌数据,图乙是它的电路原理图.其中S是温控开关,R1是定值电阻,R2是加热电阻.当S闭合时,饮水机处于加热状态;当S断开时,饮水机处于保温状态.(保温功率是指保温状态时电路的总功率)
| 水桶容量 | 20L |
| 热水箱容量 | 1L |
| 额定电压 | 220V |
| 加热功率 | 440W |
| 保温功率 | 55W |
(2)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电阻R2是多大?
(3)饮水机正常工作时,若加热效率为80%,则将热水箱中的水从40℃加热到90℃,消耗了多少电能?用电的时间为多少?(水的比热容为4.2×103J/kɡ?℃).
已知:P保=55W P加=440W U额=220V V=1L=10-3m3 ρ=1.0×103kg/m3 c=4.2×103J/(kg?℃)△t=90℃-40℃=50℃η=80%
求:(1)I保=?(2)R2=?(3)W=?t=?
解:
(1)饮水机处于保温状态时,R1和R2串联,P保=55W
由P=UI得I=
=
=0.25A
(2)饮水机处于加热状态时,电路中只有R2,则P加=440W
∵P=
,
∴电阻R2的阻值为R2=
=
=110Ω
(3)∵ρ=
,
∴水的质量 m=ρV=1.0×103kg/m3×10-3m3=1.0kg
水吸收的热量为Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg?℃)×1.0kg×50℃=2.1×105J,
∵η=
,
∴消耗的电能为W电=
=
=2.625×105J
∵P=
,
∴加热所需时间为t=
=
≈597s.
答:(1)饮水机保温状态通过的电流为0.25A;
(2)电阻R2的阻值为110Ω;
(3)消耗的电能为2.625×105J,加热时间约597s.
分析:(1)已知保温功率和额定电压,利用公式I=
得到保温状态下饮水机正常工作的电流;
(2)已知加热功率和额定电压,利用公式R=
得到电阻R2的阻值;
(3)已知热水箱的容积,可以得到水的体积,进一步得到水的质量;已知水的质量、比热容、初温度和末温度,利用公式Q=cm△t得到水吸收的热量;已知饮水机的加热效率和水吸收的热量,可以得到消耗的电能;已知加热功率和消耗的电能,利用公式t=
得到用电时间.
点评:此题考查了电功率变形公式的应用,热量的计算,效率的应用和质量、体积的关系,是一道力、电、热综合题,难度较大,解决的关键是熟记基本公式,明白电路连接关系.
求:(1)I保=?(2)R2=?(3)W=?t=?
解:
(1)饮水机处于保温状态时,R1和R2串联,P保=55W
由P=UI得I=
(2)饮水机处于加热状态时,电路中只有R2,则P加=440W
∵P=
∴电阻R2的阻值为R2=
(3)∵ρ=
∴水的质量 m=ρV=1.0×103kg/m3×10-3m3=1.0kg
水吸收的热量为Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg?℃)×1.0kg×50℃=2.1×105J,
∵η=
∴消耗的电能为W电=
∵P=
∴加热所需时间为t=
答:(1)饮水机保温状态通过的电流为0.25A;
(2)电阻R2的阻值为110Ω;
(3)消耗的电能为2.625×105J,加热时间约597s.
分析:(1)已知保温功率和额定电压,利用公式I=
(2)已知加热功率和额定电压,利用公式R=
(3)已知热水箱的容积,可以得到水的体积,进一步得到水的质量;已知水的质量、比热容、初温度和末温度,利用公式Q=cm△t得到水吸收的热量;已知饮水机的加热效率和水吸收的热量,可以得到消耗的电能;已知加热功率和消耗的电能,利用公式t=
点评:此题考查了电功率变形公式的应用,热量的计算,效率的应用和质量、体积的关系,是一道力、电、热综合题,难度较大,解决的关键是熟记基本公式,明白电路连接关系.
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