解题思路:(1)知道热水罐中水的质量和比热容以及温度的变化,根据Q=cm(t-t0)求出水吸收的热量;(2)饮水机正常工作时的功率和额定功率,根据W=Pt求出消耗的电能,根据η=Q吸W×100%求出饮水机的加热效率;(3)当开关S闭合时,电阻R2短路,电路中只有R1,此时饮水机处于加热状态,根据P=U2R 表示出加热功率;当开关S断开时,电阻R1与R2串联,饮水机处于保温状态,根据电阻的串联和欧姆定律表示出电路中的电流,根据P=I2R表示出加热电阻丝R1的功率;根据饮水机在保温状态时加热电阻丝的功率是加热状态时的一半得出等式,即可求出R1和R2的比值.
(1)水所吸收的热量:
Q=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×0.6kg×(93℃-18℃)=1.89×105J;
(2)饮水机正常工作时的功率P=550W,加热时间t=6min=360s,
加热状态下电流做的功:
W=Pt=550W×360s=1.98×105J,
饮水机处于加热状态时的效率:
η=
Q吸
W×100%=
1.89×105J
1.98×105J×100%≈95.5%;
(3)当开关S闭合时,电阻R2短路,电路中只有R1,此时饮水机处于加热状态,
此时加热电阻丝R1的功率:
P1=
U2
R1,
当开关S断开时,电阻R1与R2串联,饮水机处于保温状态,
∵串联电路中的总电阻等于各分电阻之和,
∴根据欧姆定律可得,电路中的电流:
I=[U
R1+R2,
此时加热电阻丝R1的功率:
P1′=I2R1=(
U
R1+R2)2R1,
∵饮水机在保温状态时加热电阻丝的功率是加热状态时的一半,
∴P1′=
1/2]P1,即([U
R1+R2)2R1=
1/2]×
U2
R1,
解得:
R1
R2=
1
2-1.
答:(1)热水罐中的水吸收的热量为1.89×105J;
(2)该饮水机加热状态时的效率约为95.5%;
(3)R1与R2的比应是1:(
2-1).
点评:
本题考点: 电功与热量的综合计算;欧姆定律的应用;电阻的串联;电功率的计算.
考点点评: 本题综合考查了学生对电功率公式及其变形式、吸热公式、热效率公式的掌握和应用,掌握电功率公式及其变形式是解答本题的关键.本题有一定的难度,难度在于第(3)问,要根据题意选择合适的电功率公式,然后根据公式和题中的功率比值去分析求解,从而最终得到电阻的比值.