解题思路:(1)由电路图知,开关断开时,电阻R1与R2串联接入电路,开关闭合时,只有电阻R2接入电路,电源电压U不变,根据公式P=
U
2
R
判断两种情况下饮水机功率的大小,进一步判断开关接通时,电热饮水机处于什么状态.
(2)由饮水机铭牌可知,饮水机的额定电压是220V,加热功率是440W,由电功率的变形公式I=[P/U]可以求出饮水机在加热状态下正常工作时的电流.
(3)由饮水机铭牌知,热水箱的容积是1L,由m=ρV求出水的质量,然后由吸热公式Q=cm△t求出水所吸收的热量;
由公式W=Pt求出电热水器做的功,最后求出饮水的加热效率.
(4)根据加热功率及保温功率,由功率的变形公式R=
U
2
P
求出电阻R2的阻值与饮水机的总电阻,然后由串联电路特点求出电阻R1的阻值.
(5)由功率公式P=
U
2
R
列方程,然后求出两电阻的比值.
(6)由热量公式求出水吸收的热量,然后由电功率公式P=
U
2
R
求出电热饮水机的实际功率,最后由公式t=[W/P]求出给水加热所需要的时间.
(1)S接通时P1=
U2
R2,S断开时,P2=
U2
R1+R2,
∴P1>P2则S接通时处于加热状态;
答:温控开关S接通时,饮水机处于加热状态.
(2)加热时,饮水机的工作电流I=
P加热
U=[440W/220V]=2A;
答:在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是2A.
(3)①水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg,
加热时,水吸收的热量Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×1kg×(90℃-20℃)=2.94×105J;
②加热时,饮水机做功W电=P加t=440W×14×60s=3.696×105J,
饮水机的效率η=
Q吸
W电×100%=
2.94×105J
3.696×105J×100%≈79.5%;
答::水吸收的热量是2.94×105J;②饮水机的加热效率是79.5%.
(4)电阻R2的阻值R2=
U2
P加热=
(220V)2
440W=110Ω;
保温时电路总电阻R总=
U2
P保=
(220V)2
40W=1210Ω,
电阻R1的阻值R1=R总-R2=1210Ω-110Ω=1100Ω;
答:电阻R1的阻值是1100Ω.
(5)加热时功率P加=
U2
R2,保温时功率P保=
U2
R1+R2,
P加
P保=
U2
R2
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;电功与热量的综合计算.
考点点评: 本题是一道关于电热饮水机的计算题,虽然难度不大,但问题较多,解题时要细心、认真,根据饮水机铭牌找出需要的数据,选择恰当的物理学公式解题.