問題詳情:
如圖所示爲某養生壺的電路原理圖,其中R1和R2,都是發熱電阻。該壺有“加熱”和“保溫”兩種工作狀態。該壺銘牌上提供的部分資訊如下表所示:
(1)該壺允許裝入水的最大質量是多少kg?(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3)
(2)S1、S2閉合後,該壺在額定電壓下工作時的發熱功率是多少W?結合表格數據判斷電路處於哪一種工作狀態?
(3)R2阻值是多少Ω?
(4)用該壺加熱2L的水,溫度由50℃升高到100℃,水需要吸收多少J熱量?該壺消耗的電能80%被水吸收,該過程需要消耗多少J電能?(水的比熱容c水=4.2×103J/(kg•℃)
【回答】
(1)該壺允許裝人水的最大質量是2kg;
(2)S1、S2閉合後,該壺在額定電壓下工作時的發熱功率是1100W,電路處於加熱狀態;
(3)R2阻值是42Ω;
(4)用該壺加熱2L的水,溫度由50℃升高到100℃,水需要吸收4.2×105J的熱量,該壺消耗的電能80%被水吸收,該過程需要消耗5.25×105J的電能。
【解析】(1)由表格數據可知,該壺允許裝入水的最大體積:
V=2L=2dm3=2×10﹣3m3,
由ρ=可得,壺允許裝入水的最大質量:
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3=2kg;
(2)由電路圖可知,S1、S2閉合後,電路爲R1的簡單電路,由表格數據可知,R1=44Ω,
該壺在額定電壓下工作時的發熱功率:
P1===1100W,
由1100W>200W可知,電路處於加熱狀態;
(3)由電路圖可知,S1閉合、S2斷開時,R1與R2串聯,養生壺處於低溫檔,
此時電路的總電阻:
R===242Ω,
因串聯電路中總電阻等於各分電阻之和,
所以,R2阻值:
R2=R﹣R1=242Ω﹣200Ω=42Ω;
(4)用該壺加熱2L的水,溫度由50℃升高到100℃,水需要吸收的熱量:
Q吸=c水m(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(100℃﹣50℃)=4.2×105J,
由η=×100%可得,該過程需要消耗的電能:
W===5.25×105J。
【分析】(1)由表格數據可知,該壺允許裝入水的最大體積,根據ρ=求出該壺允許裝入水的最大質量;
(2)由電路圖可知,S1、S2閉合後,電路爲R1的簡單電路,由表格數據可知R1的阻值,根據P=UI=求出該壺在額定電壓下工作時的發熱功率,然後與保溫功率得出此時的狀態;
(3)由電路圖可知,S1閉合、S2斷開時,R1與R2串聯,養生壺處於低溫檔,根據P=UI=求出此時電路的總電阻,利用電阻的串聯求出R2阻值;
(4)用該壺加熱2L的水,溫度由50℃升高到100℃,根據Q吸=cm(t﹣t0)求出水需要吸收的熱量,利用η=×100%求出該過程需要消耗的電能。
本題考查了密度公式和電功率公式、吸熱公式、效率公式的綜合應用等,分清養生壺處於不同狀態時電路的連接方式是關鍵。
知識點:電功率單元測試
題型:計算題