小梦家新买了一个电饭锅,如图*所示.通过查看说明书,发现电饭锅工作时有两种状态:一种是锅内的水烧干以前的加热状...
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小梦家新买了一个电饭锅,如图*所示.通过查看说明书,发现电饭锅工作时有两种状态:一种是锅内的水烧干以前的加热状态,另一种是水烧干后的保温状态.图乙是电饭锅的电路图,R1是电阻,R2是加热用的电热丝.
(1)自动开关S接通或断开时,电饭锅分别处于哪种状态?说明理由.
(2)要使R2在保温状态下的功率是加热状态下的,R1与R2应满足什么关系?
(3)冬天到了,小红想为妈妈准备泡脚水.由于水温较低,小梦先从盛有5kg水的桶中取出2kg水倒入电饭锅中加热4min后,将水倒回水桶中,搅拌均匀后,经过测量桶中水温升高了20℃(整个过程不计能量损失),请计算R2的阻值.
【回答】
【考点】电功与热量的综合计算.
【分析】(1)先分析自动开关接通或断开时的电路结构,然后根据P=进行判断;
(2)根据R2在两种状态下功率的关系,利用电功率和欧姆定律的公式求出两电阻间的关系;
(3)根据Q吸=cm△t求出桶中水吸收的热量,不计能量损失,根据W=Q吸以及W=t计算R2的阻值.
【解答】解:
(1)开关S接通时,电路为R2的简单电路,电路中的总电阻最小,由P=可知,电路的总功率最大,电饭锅处于加热状态;
开关S断开时,两电阻串联,电路的总电阻最大,由P=可知,电路的总功率最小,电饭锅处于保温状态;
(2)在保温状态时,两电阻串联,电路中的电流:I保=,
则R2在保温状态下的功率:P2保 =I保2R2=()2R2,
在加热状态时,电路为R2的简单电路,则R2在加热状态下的功率:P2加=;
已知R2在保温状态下的功率是加热状态下的,
所以有:()2R2=×,
化简解得:R1=4R2;
(3)根据题意可知,整个桶中的水温与最初相比升高了20℃,
则水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×5kg×20℃=4.2×105J;
整个过程不计能量损失,则电饭锅加热时消耗的电能W=Q吸=4.2×105J;
根据W=t可得,R2的阻值:
R2=t=×4×60s≈27.7Ω.
答:(1)自动开关S接通,电饭锅处于加热状态;自动开关S断开时,电饭锅处于保温状态;原因是S接通时的总功率大于S断开时的总功率;.
(2)要使R2在保温状态下的功率是加热状态下的,需满足R1=4R2;
(3)R2的阻值为27.7Ω.
知识点:电功率单元测试
题型:计算题
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