图*是某种电热饮水机的简化电路示意图,它由加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S0自动控制),乙图是它的有关...
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图*是某种电热饮水机的简化电路示意图,它由加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S0自动控制),乙图是它的有关参数.求:
(1)当温控开关S0断开时,饮水机处于__________状态(填“保温”或“加热”),并说明理由.
(2)R1和R2的电阻值各是多大?
(3)在用电高峰期,该饮水机的实际工作电压只有200V,加热效率为80%,若将装满水箱的水从20℃加热至沸腾(当时气压为标准大气压),需要多长时间?(C水=4.2×103J/(kg•℃),ρ水=1.0×103kg/m3,忽略温度对电阻的影响)
【回答】
(1)由电路图可知,当S0断开时R1、R2串联,当S0闭合时只有R1连入电路,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,当温控开关S0断开时,电路中的总电阻最大,
由P=可知,电压一定时,电路的总功率最小,饮水机处于保温状态;
(2)当温控开关S0闭合时,电路为R1的简单电路,饮水机处于加热状态,
由P=可得,R1的电阻值:
R1===110Ω;
当温控开关S0断开时,R1、R2串联,饮水机处于保温状态,
则电路中的总电阻:
R===1210Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,R2的电阻值:
R2=R﹣R1=1210Ω﹣110Ω=1100Ω;
(3)装满水箱时水的体积:
V=2L=2dm3=2×10﹣3m3,
由ρ=可得,水的质量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3=2kg,
标准大气压下水的沸点是100℃,则水吸收的热量:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(100℃﹣20℃)=6.72×105J,
由η=×100%可得,饮水机消耗的电能:
W===8.4×105J,
由W=t可得,需要的加热时间:
t′===2310s.
答:(1)保温;当温控开关S0断开时,R1、R2串联,电路中的总电阻最大,由P=可知,电压一定时,电路的总功率最小,饮水机处于保温状态;
(2)R1和R2的电阻值依次为110Ω、1100Ω;
(3)将装满水箱的水从20℃加热至沸腾,需要2310s.
【点评】本题考查了电功与热量的综合计算,分析清楚电路结构,知道何时饮水机处于加热状态、何时处于保温状态是正确解题的关键,灵活应用电功率公式和密度公式、吸热公式、效率公式即可正确解题.
知识点:电功率单元测试
题型:计算题
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