下面的圖表是從某臺(tái)電熱飲水機(jī)說明書上收集到的信息.經(jīng)分析得知,當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),飲水機(jī)處于加熱狀態(tài),S斷開時(shí),飲水機(jī)處于保溫狀態(tài).為了測(cè)量它加熱時(shí)的實(shí)際功率,小明斷開其它所有用電器,只將該飲水機(jī)接入家庭電路中,閉合開關(guān)S,測(cè)得熱水箱中的水從20℃升高到100℃,所用時(shí)間為7.5 min,同時(shí)觀察到家中標(biāo)有“1200 r/kw·h”字樣的電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過120轉(zhuǎn)(r).根據(jù)以上信息,求:

(1)電阻R1的阻值(不考慮溫度對(duì)阻值的影響);

(2)飲水機(jī)熱水箱中的水從20℃升高到100℃時(shí)所吸收的熱量[C=4.2×103 J/(kg·℃)];

(3)飲水機(jī)加熱時(shí)的實(shí)際功率;

(4)飲水機(jī)此加熱過程中的熱效率.

答案:
解析:

  答:(1)電阻R1的阻值為55 Ω.

  (2)飲水機(jī)熱水箱中的水從20℃升高到100℃時(shí)所吸收的熱量為3.36×105 J.

  (3)飲水機(jī)加熱時(shí)的實(shí)際功率為800 W.

  (4)飲水機(jī)此加熱過程中的熱效率為93.3%.

  分析:(1)當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),飲水機(jī)處于加熱狀態(tài),此時(shí)電路中只有電阻R1;S斷開時(shí),飲水機(jī)處于保溫狀態(tài),此時(shí)電路中電阻R1和R2串聯(lián);知道飲水機(jī)的額定電壓和加熱時(shí)的額定功率,可利用公式R=計(jì)算出電阻R1的阻值.

  (2)知道熱水箱的容量,可利用公式m=ρV計(jì)算出水的質(zhì)量,又知道水的比熱容和溫度變化,可利用熱量公式Q=Cm(t-t0)計(jì)算出水吸收的熱量.

  (3)“1200 r/kw·h”的意義為:每消耗1 kw·h的電能,電能表的轉(zhuǎn)盤就轉(zhuǎn)過1200 r,從而可以計(jì)算出電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過120 r消耗的電能,又知道工作時(shí)間,可利用公式P=計(jì)算出飲水機(jī)的實(shí)際功率.

  (4)已經(jīng)計(jì)算出水吸收熱量和飲水機(jī)消耗的電能,可利用公式η=計(jì)算出飲水機(jī)的熱效率.

  解答:解:

  (1)當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),飲水機(jī)處于加熱狀態(tài),此時(shí)電路中只有電阻R1,如圖1所示;

  S斷開時(shí),飲水機(jī)處于保溫狀態(tài),此時(shí)電路中電阻R1和R2串聯(lián),如圖2所示;

  ∵U=220 V,P加熱=880 W,

  ∴電阻R1的阻值為:R1=55 Ω.

  (2)∵V=1 L=1 dm3=1000 cm3,ρ=1×103 kg/m3=1 g/cm3,

  ∴水的質(zhì)量為:m=ρV=1 g/cm3×1000 cm3=1000 g=1 kg;

  又∵C=4.2×103 J/(kg·℃),t=100℃,t0=20℃,

  ∴水吸收的熱量為:Q=Cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100℃-20℃)=3.36×105 J.

  (3)∵每消耗1 kw·h的電能,電能表的轉(zhuǎn)盤就轉(zhuǎn)過1200 r,

  ∴電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過120 r消耗的電能為:W==0.1 kw·h=3.6×105 J,

  而t=7.5 min=450 s,

  ∴飲水機(jī)的實(shí)際功率為:P實(shí)際=800 W.

  (4)∵Q=3.36×105 J,W=3.6×105 J,

  ∴飲水機(jī)的熱效率為:η=≈93.3%.

  點(diǎn)評(píng):本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題,考查了質(zhì)量、吸收熱量、電功、熱機(jī)效率等的計(jì)算,關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用,難點(diǎn)是結(jié)合電路圖對(duì)飲水機(jī)狀態(tài)的判斷.與生活相連,使學(xué)生覺得學(xué)了物理有用,注意計(jì)算時(shí)的單位變換要正確.


提示:

電功與熱量的綜合計(jì)算;熱量的計(jì)算;熱機(jī)的效率;電功率的計(jì)算;實(shí)際功率.


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(1)電熱飲水機(jī)在保溫狀態(tài)下正常工作時(shí)的電流(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)).
(2)電熱飲水機(jī)保溫2小時(shí)消耗的電能.
(3)電阻R1的阻值.
熱水箱容量 2L
額定電壓 220V
加熱時(shí)的功率 400W
保溫時(shí)的功率 40W

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熱水箱容量 1L
額定電壓 220V
加熱時(shí)額定功率 880W
(1)電阻R1的阻值(不考慮溫度對(duì)阻值的影響);
(2)飲水機(jī)熱水箱中的水從20℃升高到100℃時(shí)所吸收的熱量[C=4.2×103J/(kg?℃)];
(3)飲水機(jī)加熱時(shí)的實(shí)際功率;
(4)飲水機(jī)此加熱過程中的熱效率.

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下面的圖表是從某臺(tái)電熱飲水機(jī)的說明書上收集到的信息,該電熱飲水機(jī)有加熱和保溫兩種工作狀態(tài),內(nèi)部電路如圖所示,請(qǐng)解答下列有關(guān)問題.
熱水箱容量V 2L
額定電壓U 220V
加熱時(shí)的功率P1 400W
保溫時(shí)的功率P2 40W
(1)當(dāng)飲水機(jī)處在加熱狀態(tài)時(shí),開關(guān)S閉合,S0應(yīng)
閉合
閉合
 (填“閉合”或“斷開”)
(2)電熱飲水機(jī)在保溫狀態(tài)下正常工作時(shí)的電流為多少(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))?保溫兩小時(shí)消耗的電能為多少?
(3)加熱前熱水箱中的水溫為20℃,加熱到60℃需要多長時(shí)間(假設(shè)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能)
(4)電阻R1與R2的阻值分別為多大(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))?

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(1)高壓鍋加熱食物時(shí),工作30min消耗多少電能?
(2)高壓鍋處于保溫狀態(tài)時(shí),電阻R2的阻值為多大?
容量 2L
額定電壓 220V
加熱時(shí)的功率 1000W
保溫時(shí)的功率 50W

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(1)高壓鍋加熱食物時(shí),工作30min消耗多少電能?
(2)高壓鍋處于保溫狀態(tài)時(shí),電阻R2的阻值為多大?
容量2L
額定電壓220V
加熱時(shí)的功率1000W
保溫時(shí)的功率50W

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