题目内容

4．图甲是某款电热水龙头．即开即热、冷热兼用．图乙是它的原理电路．R1、R2为电热丝，通过旋转手柄带动开关S接通对应的电路，从而实现冷水、温水、热水之间切换．有关参数如下表．不考虑温度对电阻丝的影响，（已知ρ水=1.0kg/L）请回答下列问题：
额定电压220V
额定功率温水2200W
热水4400W
正常热水流量1.5L/min
（1）开关置于1-2触点时，水龙头放出的水是温（选填“冷”、“温”或“热”）水．此时电路中的电流时多少？
（2）水龙头放热水时，正常工作60s，消耗的电能是多少？若电热丝产生的热量全部被水吸收，则放出的热水温度多少度？（已知冷水的温度是20℃）
（3）R2的电阻是多大？

分析 （1）根据开关位置的改变，判断出电路的连接情况，然后根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$判断功率的大小，由此可知热水或温水的档位；利用P=UI求电路工作电流；
（2）知道热水功率，利用W=Pt求消耗的电能；电热丝产生的热量全部被水吸收W=Q吸，根据Q吸=cm△t可求放出的热水温度；
（3）知道热档的电功率和温水档的功率，求出R2消耗的电功率，利用P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求R2的阻值．

解答 解：（1）当开关置于1-2触点时，只有电阻R1接入电路，电路中电阻较大，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，此时功率较小，所以此时放出的是温水；
由P=UI可得，此时电路工作电流：I保=$\frac{{P}_{保}}{{U}_{额}}$=$\frac{2200W}{220V}$=10A．
（2）由P=$\frac{W}{t}$可得，水龙头放热水时，消耗的电能：
W=P热t=4400W×60s=2.64×105J．
由题可知，正常热水流量为1.5L/min，
根据ρ=$\frac{m}{V}$可得每分钟放出水的质量：
m=ρV=1.0×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.5kg；
若电热丝产生的热量全部被水吸收，则每分钟水吸收的最多热量：
Q吸=W=P热t=4400W×60s=2.64×105J，
根据Q吸=cm（t-t0）可得放出热水的水温最高能达到：
t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$+t0=$\frac{2.64×1{0}^{5}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×1.5kg}$+20℃≈62℃．
（3）加热状态下，电阻R1、R2并联，此时放出的是热水，则P热=4400W，
R2消耗的电功率：
P2=P热-P温=4400W-2200W=2200W，
根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R2的电阻：
R2=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{2}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{2200W}$=22Ω．
答：（1）温；此时电路工作电流为10A．
（2）水龙头放热水时，消耗的电能为2.64×105J，放出的热水温度为62℃．
（3）R2的电阻是22Ω．

点评 本题考查电功、电功率以及热量公式的应用，解题的关键是正确分析判断出开关处于不同的位置时电热水龙头的档位，并能对计算公式进行灵活变形．

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1632.59
2652.517
3682.524
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