解题思路:(1)分析开关S0断开前后电路电阻的变化,根据P=
U
2
R
分析电路功率大小可知饮水机处于哪种工作状态,然后根据表格数据得出对应的功率;
(2)S0断开时,饮水机处于保温状态,知道保温功率,根据P=
U
2
R
求出电阻R2的阻值;
(3)知道加热功率和额定电压,根据P=
U
2
R
求出电路中的总电阻,再根据P=
U
2
R
求出该电热器两端的实际电压只有198V时的实际加热功率,根据Q=cm(t-t0)求出水吸收的热量,利用效率公式求出电热器放出的总热量,再根据Q=W=Pt求出所需的加热时间.
(1)当开关S0闭合时R1与R2并联,当开关S0断开后电路为R2的简单电路;
∵电阻越并越小、小于任何一个分电阻,
∴根据P=
U2
R可知,开关S0断开时,电路中的电阻最大,电功率最小,饮水机处于保温状态,
由表格中数据可知,饮水机的功率为50W;
(2)断开时,饮水机处于保温状态,且P温=50W,
由P=
U2
R得:R2=
U2
P保温=
(220V)2
50W=968Ω;
(3)加热时,饮水机的总电阻:
R=
U2
P加热=
(220V)2
500W=96.8Ω,
该电热器两端的实际电压只有198V时的实际功率:
P加热′=
U实际2
R=
(198V)2
96.8Ω=405W,
水所需吸收热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×1kg×(95℃-20℃)=3.15×105J,
电热器放出的总热量:
Q总=
Q吸
η=
3.15×105J
90%=3.5×105J,
根据Q=W=Pt可得,加热所需时间:
t=[W
P加热′=
Q总
P加热′=
3.5×105J/405W]≈864.2s.
答:(1)50;
(2)R2的阻值为968Ω;
(3)需要的加热时间约为864.2s.
点评:
本题考点: 电功与热量的综合计算;电功率的计算.
考点点评: 本题为电学和热学的综合计算题,考查了学生对热量公式、电功率公式、效率公式、电功公式的掌握和运用,涉及到电路动态分析、从铭牌搜集有用信息,属于难题.