初(17001)班教室裡有一款飲水機,其工作電路可簡化為如圖*所示的電路。S是溫度控制開關,根據飲水機內水杯中...
問題詳情:
初(17001)班教室裡有一款飲水機,其工作電路可簡化為如圖*所示的電路。S是溫度控制開關,根據飲水機內水杯中水溫的變化自動切換加熱和保溫兩種工作狀態,R1、R2是加熱管的電阻(不考慮阻值受溫度變化影響),它的部分技術引數如表所示、試回答下列問題:
(1)S閉合時,飲水機處於 工作狀態。R2的阻值是 Ω。
(2)水杯中裝滿20℃水時,飲水機正常工作,加熱多長時間可將水燒開?[水的比熱容為4.2×103J/(kg•℃),當時氣壓設定為1標準大氣壓,不考慮熱損失]
(3)最近一次使用時,加熱管R1損壞了,物理興趣小組的同學們利用電位器(相當於滑動變阻器,以下稱為變阻器)設計瞭如圖乙所示的電路來控制加熱管R2的發熱功率,在老師的指導下進行模擬實驗,將滑片從變阻器的一端滑到另一端的過程中,同學們通過實驗測量,得出變阻器消耗的電功率P隨電流I關係的圖象如圖*所示,則:
①求R2的發熱功率範圍。
②變阻器的最大功率多大?
③簡述:這種設計方案有什麼不妥之處(指出一種合理的不妥情況即可)。
【回答】
(1)加熱;55;
(2)加熱224s可將水燒開;
(3)①R2的發熱功率範圍為13.75W~880W;
②變阻器的最大功率為220W;
③因變阻器與R2串聯,若其中任一電阻損壞,將導致整個電路不能工作(或變阻器產生的熱量沒有被利用)。
【解析】
(1)S閉合時,兩電阻並聯,S斷開時,為R1的簡單電路,由並聯電路小於其中任一電阻,根據P=可知,S閉合時,飲水機處於加熱工作狀態,功率為900W;
S斷開時,飲水機處於保溫工作狀態,功率為20W;
根據並聯電路各支路互不影響,故加熱時R2的功率為:P2=900W﹣20W=880W,
R2===55Ω。
(2)一標標準大氣壓水的沸點為100℃,水杯中裝滿20℃水加熱到沸點吸熱:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×0.6kg×(100℃﹣20℃)=2.016×105J,
不考慮熱損失,消耗的電能W=Q吸=2.016×105J,
由P=得,將水燒開的時間:
t′===224s;
(3)①變阻器與R2串聯,當變阻器連入電路的電阻為0時,
R2的電壓為220V,其最大功率為880W;
當變阻器最大電阻連入電路中時,由圖知電路的最小電流為0.5A,R2的最小功率為:
P 2小=I小2 R2=(0.5A)2×55Ω=13.75W;
R2的發熱功率範圍為13.75W~880W;
②變阻器的功率:P變=I2R變=()2×R變==,
當R變=R2時,變阻器的最大功率為:
變阻器的最大功率:P變大===220W;
③因變阻器與R2串聯,若其中任一電阻損壞,將導致整個電路不能工作(或變阻器產生的熱量沒有被利用)。
知識點:電功率單元測試
題型:計算題
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