14.如圖甲所示是某家用平板太陽能熱水器,其電加熱的額定功率為1500W.圖乙是另外用來探測其儲水箱水位深度的探測電路圖(與加熱無關(guān)),該電路電源電壓為24V,A為水位指示表(由量程為0~0.6A,電流表改成),R0阻值為10Ω,Rx為壓敏電阻,其阻值與儲水箱水深的關(guān)系如圖丙所示.

(1)熱水器正常加熱時,電熱絲電阻多大?(結(jié)果保留一位小數(shù))
(2)當(dāng)水位指示表指示儲水箱水深為0.2m時,探測電路中的電流多大?
(3)若此水位持續(xù)保持1h不變,則該段時間內(nèi)探測電路所產(chǎn)生的總熱量為多少?
(4)陰雨天,將儲水箱中50kg、20℃的水加熱到50℃,正常通電要多長時間?(設(shè)全部電熱的80%被水箱中的水吸收,c=4.2×103J/kg•℃)

分析 (1)家庭電路的電壓為220V,又知道電加熱的額定功率,根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電熱絲電阻;
(2)當(dāng)水位指示表指示儲水箱水深為0.2m時,根據(jù)圖乙讀出Rx的阻值,根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出探測電路中的電流;
(3)根據(jù)Q=W=UIt求出該段時間內(nèi)探測電路所產(chǎn)生的總熱量;
(4)知道水的質(zhì)量和初溫、末溫以及比熱容,根據(jù)Q=cm(t-t0)求出水吸收的熱量,根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出消耗的電能,利用P=$\frac{W}{t}$求出需要的加熱時間.

解答 解:(1)由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得,電熱絲電阻:
R=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{(220V)^{2}}{1500W}$≈32.3Ω;
(2)當(dāng)水位指示表指示儲水箱水深為0.2m時,由圖乙可知,壓敏電阻的阻值Rx=150Ω,
因串聯(lián)電路中各處的電流相等,所以,探測電路中的電流:
I=$\frac{U}{{R}_{x}+{R}_{0}}$=$\frac{24V}{150Ω+10Ω}$=0.15A;
(3)該段時間內(nèi)探測電路所產(chǎn)生的總熱量:
Q=W=UIt=24V×0.15A×3600s=12960J;
(4)水吸收的熱量:
Q=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×50kg×(50℃-20℃)=6.3×106J,
由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%可得,消耗的電能:
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{6.3×1{0}^{6}J}{80%}$=7.875×106J,
由P=$\frac{W}{t}$可知,需要的加熱時間:
t′=$\frac{W}{{P}_{加熱}}$=$\frac{7.875×1{0}^{6}J}{1500W}$=5250s.
答:(1)熱水器正常加熱時,電熱絲電阻為32.3Ω;
(2)當(dāng)水位指示表指示儲水箱水深為0.2m時,探測電路中的電流為0.15A;
(3)若此水位持續(xù)保持1h不變,則該段時間內(nèi)探測電路所產(chǎn)生的總熱量為12960J;
(4)陰雨天,將儲水箱中50kg、20℃的水加熱到50℃,正常通電要5250s.

點評 本題考查了電功率公式、電阻的串聯(lián)、歐姆定律、電熱公式、吸熱公式、效率公式和電功公式的應(yīng)用,關(guān)鍵是從圖象中讀出不同深度時壓敏電阻的阻值.

練習(xí)冊系列答案
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求:
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