4.如圖甲家庭廚房用的“小廚寶”電熱水器,儲水容積為5L,其工作原理電路圖如圖乙所示,其中S是一個溫控開關,R1為電加熱管,當它處于加熱狀態(tài)時,水被迅速加熱,達到預定溫度時,S自動切換到另一位置使之處于保溫狀態(tài).請回答下列問題:

(1)當溫控開關S切換到開關1(選填“1”或“2”)時,“小廚寶”電熱水器處于加熱狀態(tài);
(2)若“小廚寶”加熱時加熱管的功率為1000W,而保溫時加熱管的功率為88W,求電阻R2的阻值(不考慮溫度對阻值的影響).
(3)若將儲水箱中5L的水從初溫20℃加熱到50℃,加熱管的熱效率為90%,試計算出加熱需要多少時間?【水的比熱容為4.2×103J/(kg•℃)】

分析 (1)根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知,電路電阻越大,消耗的電功率越小,S接a時,兩電阻串聯(lián),電路電阻最大,電功率最小,S接b時,電路電阻最小,電功率最大.
(2)根據(jù)電加熱管正常工作時的功率可求出其電阻的大小,再根據(jù)保溫時的功率可求出其在保溫狀態(tài)下兩端的電壓與流經(jīng)的電流,最后利用串聯(lián)電路的特點與歐姆定律求出R2的阻值.
(3)首先根據(jù)Q=cm(t2-t1)求出水吸收的熱量,加熱管的效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$×100%,加熱管加熱放出的熱量Q=Pt,據(jù)此可以計算出加熱管加熱需要的時間.

解答 解:(1)S接2時,電功率最小,飲水機處于保溫狀態(tài),
S接1時,電功率最大,飲水機處于加熱狀態(tài).
(2)加熱時:加熱管的電功率P1=1000W,由P=UI,I=$\frac{U}{R}$可得:
電阻R1=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{1}}$=$\frac{{(220V)}^{2}}{1000W}$=48.4Ω,
保溫時,加熱管的電功率P2=88W;
此時的總電阻R=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{2}}$=$\frac{{(220V)}^{2}}{88W}$=550Ω,
根據(jù)串聯(lián)電路電阻的特點:
R2=R-R1=550Ω-48.4Ω=501.6Ω;
(3)由ρ=$\frac{m}{V}$可得,5L水的質(zhì)量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×5×10-3m3=5kg,
5L水從初溫20℃加熱到50℃吸收的熱量:
Q=cm(t2-t1)=4.2×103J/(kg•℃)×5kg×(50℃-20℃)=6.3×105J
加熱管的熱效率為90%,根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{管}}$×100%,則電熱管需要放出的熱量:
Q=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{6.3×1{0}^{5}J}{90%}$=7×105J;
加熱時加熱管的功率為1000W,由P=$\frac{W}{t}$可得,加熱的時間為:
t=$\frac{{Q}_{放}}{{P}_{1}}$=$\frac{7×1{0}^{5}J}{1000W}$=700s.
答:(1)1;
(2)電阻R2的阻值為501.6Ω;
(3)加熱需要700s時間.

點評 本題考查電阻、電流、電功率、熱效率等的計算,關鍵是公式及其變形的靈活運用,涉及到熱學和電學部分的知識點多,綜合性強、易錯、屬于難題.

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A.可以利用磁體,使軟簧片被磁化,觸點相互吸引處于導通狀態(tài)
B.不可以利用通電螺線管使軟簧片被磁化,觸點相互吸引處于導通狀態(tài)
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