解题思路:(1)在加热状态下,开关S应处于闭合状态,已知额定电压和额定功率,用公式I=PU计算正常工作电流;(2)已知水的比热、质量和初温度、末温度,利用公式Q=cm△t可以得到水吸收的热量;已知加热时间和额定功率,利用W=Pt可以得到消耗的电能;水吸收的热量与消耗的电能之比就是饮水机的加热效率;(3)加热状态下,开关S处于闭合状态,此时R2消耗的功率为P=U2R2;保温状态下,电阻R1、R2串联,此时R2的功率为P=(UR1+R2)2×R2,两者之比等于9,据此列出比例式,化简得出两电阻的比值.
(1)加热状态下通过饮水机的电流为I=[P/U]=[550W/220V]=2.5A;
(2)水吸收的热量为Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×0.6kg×(93℃-18℃)=1.89×105J;
饮水机消耗的电能为W=Pt=550W×360s=1.98×105J;
饮水机的加热效率为η=[Q/W]=
1.89×105J
1.98×105J≈95.5%;
(3)当加热时,S闭合,R1短路,得P=
U2
R2
当保温时,S断开,R1与R2串联,得P′=I2R2=([U
R1+R2)2×R2
由题意得
P
P′=
U2
R2
(
U
R1+R2)2×R2=
U2
R2×
(R1+R2)2
U2R2=(
R1+R2
R2)2=9,
所以
R1
R2=
2/1].
答:
(1)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是2.5A;
(2)热水罐中的水吸收的热量为1.89×105J;饮水机的加热效率约为95.5%;
(3)要使饮水机在加热状态时电热丝的功率是保温状态时的9倍,则R1与R2的比值应是2:1.
点评:
本题考点: 电功率与电压、电流的关系;热量的计算;电功率的计算.
考点点评: 饮水机是常见的家用电器,此题考查了饮水机的工作电流,电热转换效率以及不同连接方式下的实际功率变化,特别是根据两种工作状态判断电阻比例关系有一定的难度,突破口在R2阻值始终不变.此类问题一般根据电阻不变得到方程或比例式求解.