题目内容

14.如图所示为一制胶厂熬胶时的电加热器的电路原理图.
R1、R2是两根阻值相同的电热丝.转换开关打到AB时对胶进行加热,使其升温,当胶的温度达到某一温度时,转换开关打到CD,使加热器产生的热量刚好补充向环境的散热,让胶保持在恒温下加热一段时间,达到粘性最强.胶的比热容为3×103J/(kg•℃)
(1)把10kg、20℃的胶加热到80℃时,需要吸收多少热量?
(2)胶在加热升温阶段,电热器的功率为1210W,则每根电热丝的阻值为多大?
(3)加热到某一温度转换开关改变其加热状态,加热器无论怎样加热,胶的温度始终保持不变,则胶每1min向环境散热为多少?此时电路中的电流为多少?

分析 (1)根据Q=cm△t求出胶吸收的热量.
(2)当双刀双掷开关掷向下方时,两电阻并联,电路的总电阻为单根电热丝电阻的一半,此时电路的总功率最大处于加热升温阶段,利用R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出其大小;
(3)当双刀双掷开关掷向上方时,两电阻串联,电路的总电阻为单根电热丝电阻的2倍,此时电路的总功率最小处于恒温加热阶段,利用Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出1min向环境散的热,利用欧姆定律求出通过加热器的电流.

解答 解:(1)胶吸收的热量:
Q=cm△t=3×103J/(kg•℃)×10kg×(80℃-20℃)=1.8×106J;
(2)加热升温阶段、双刀双掷开关的状态应是掷向下方的,此时,两电阻并联,则P=$\frac{{U}^{2}}{\frac{R}{2}}$,
所以R=$\frac{2{U}^{2}}{P}$=$\frac{2×(220V)^{2}}{1210W}$=80Ω;
(3)保持恒温时,双刀双掷开关的状态应是掷向上方的,此时,两电阻串联.
1min向环境散热:
Q散=Pt=$\frac{{U}^{2}}{2R}$t=$\frac{(220V)^{2}}{2×80Ω}$×60s=18150J,
通过加热器的电流:
I=$\frac{U}{2R}$=$\frac{220V}{2×80Ω}$=1.375A;
答:(1)把10kg、20℃的胶加热到80℃时,需要吸收1.8×106J的热量.
(2)每根电热丝的阻值为80Ω;
(3)胶每1min向环境散热为18150J,此时通过加热器的电流为1.375A.

点评 本题考查了串联电路和并联电路的特点,以及电功率、电功、电阻、电流、吸热、效率的计算,关键是欧姆定律和电功率公式等灵活应用,难点是双刀双掷开关处于不同位置时电路串并联的辨别.

练习册系列答案
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9.某学习小组利用如图甲体验“模拟引力”之后,进一步思考:绳子的拉力大小与什么因素有关?并提出了如下猜想:
猜想A:与小球的质量大小有关;
猜想B:与小球运动的快慢有关;
猜想C:与绳子的长度有关.
为了验证猜想,学习小组进行了如图乙所示实验探究:用一根细绳子的一端拴住一个小球,用手抓住绳子的另一端,抡动细绳,让小球在光滑水平面上做圆周运动.实验中,用手感受绳子的拉力大小.做几次实验后,得到实验数据如表:
为了验证猜想,学习小组于是进行实验探究:用一根细绳子的一端拴住一个小球,用手抓住绳子的另一端,抡动细绳,让小球在光滑水平面上做圆周运动,如图乙所示.实验中,用手感受绳子的拉力大小.做几次实验后,得到实验数据如表:
实验次数小球的质量(g)运动的快慢绳子的长度(cm)绳子的拉力
115慢10很小
220慢10小
320快10大
420快15很大
(1)实验中,小球在竖直方向上受到的重力和支持力是一对平衡力(不计空气阻力).
(2)实验中,在绳子拉力的作用下,小球的运动方向不断改变.这一现象可说明绳子拉力的作用效果是改变物体的运动状态.若绳子断了,小球不能(选填“能”或“不能”)继续做圆周运动.
(3)分析对比实验次数1、2的数据,可以初步验证猜想A;
(4)分析对比实验次数2、3的数据,可以初步得出的结论是:绳子的拉力大小与小球运动的快慢有关,在小球的质量、绳子的长度大小一定时,小球运动越快(速度越大),绳子的拉力就越大.

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