如圖(甲),是HG2002型臺(tái)式飲水機(jī)結(jié)構(gòu)剖面示意圖,控水槽中浮體A與閥門C固定相連,當(dāng)A恰好浸沒時(shí)閥門C關(guān)閉,A未浸沒時(shí)C略有下降,桶內(nèi)水流入控水槽.已知桶內(nèi)水位高40cm,閥門C橫截面積1.0cm2,不計(jì)A、C本身質(zhì)量,大氣壓強(qiáng)和熱損失.

(1)為使控水槽內(nèi)保持一定水位,浮體A的最小體積應(yīng)為多大?

(2)若熱膽中儲(chǔ)水1.0kg,由電熱管加熱,要求10min將水由20℃加熱到100℃,求電熱管的電功率;

(3)飲水機(jī)的電路如圖(乙)所示,水沸騰前,紅燈亮、綠燈滅、加熱管正常工作;水沸騰后,綠燈亮、紅燈不亮、加熱管不工作.試分析溫控開關(guān)1和2在水沸騰前、后的通斷情況以及紅、綠指示燈電阻R、R應(yīng)滿足的條件.

答案:
解析:

  分析與解答:這是道涉及浮力計(jì)算、熱量計(jì)算與電路分析的綜合性題目.首先應(yīng)清楚浮體A具有最小體積的條件是:浮體A剛好浸沒在水中時(shí)受到向上的浮力跟閥門C受到水向下的壓力相等,桶口處水的壓強(qiáng)為:

  p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.4m=4×103Pa

  C受到水的壓力為

  F=pS=4×103Pa×1×10-4m2=0.4N.

  由F=F=ρgV

  V=F/ρg=0.4N/(1×103kg/m3×10N/kg)=4.0×10-5m3

  即浮體A的最小體積為4.0×10-5m3

  水應(yīng)吸收的熱量為:

  Q=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×80℃=3.36×105J.

  因?yàn)镼=W=Pt

  P=Q/t=3.36×105J/(10×60s)=560W.

  由于在水沸騰前加熱管需要對(duì)水加熱,并且紅燈亮,綠燈不亮,所以溫控開關(guān)1和2在水沸騰前須同時(shí)閉合;當(dāng)水沸騰后加熱管不再對(duì)水加熱,所以溫控開關(guān)2必須斷開.又因?yàn)榇藭r(shí)綠燈發(fā)光紅燈不發(fā)光,所以溫控開關(guān)1也必須斷開,否則綠燈將被短路,不會(huì)發(fā)光.但這時(shí)出現(xiàn)紅燈與綠燈串聯(lián),而紅燈又不能發(fā)光,這就要求綠燈的電阻RR

  答:浮體A的最小體積為4.0×10-5m3,電熱管的電功率為560W.


練習(xí)冊(cè)系列答案
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