如圖所示是一種常見的臺式飲水機結(jié)構(gòu)剖面圖,控水槽內(nèi)浮體A與閥門C固定相連,當A恰好浸沒時閥門C關(guān)閉,A來浸沒時C略有下降,桶內(nèi)水流入控水槽中.已知桶內(nèi)水位高40厘米,閥門C橫截面積1厘米2,不計A、C本身重力、大氣壓和熱量損失,問:
(1)控水槽內(nèi)保持一定水位,浮體A的最小體積應為多大?(g取10N/kg)
(2)若熱膽中儲水1千克,由電熱管加熱,要求在10分鐘內(nèi)把水從20℃加熱到100℃,則電熱管的電功率為多大?
(3)飲水機的電路如圖乙,水沸騰前,紅燈亮、綠燈滅、加熱管正常工作;水沸騰后,綠燈亮、紅燈滅、加熱管不工作.試分析溫控開關(guān)1和2在水沸騰前后通斷情況以及紅綠指示燈電阻R、R應滿足的條件.

【答案】分析:(1)根據(jù)公式p=ρgh可求桶口處水的壓強;再利用公式F=PS可求C受到的水的壓力;再利用浮力公式求出浮體A的體積;
(2)根據(jù)公式Q=cm△t可求水應吸收的熱量;熱量全部由電能提供,再利用公式P=求出電熱管的電功率;
(3)水沸騰前,需要加熱,加熱管需要工作,閉合開關(guān)1,綠燈被短路,不能發(fā)光,閉合開關(guān)2,加熱管和紅燈并聯(lián)同時工作;沸騰后,加熱管停止工作,兩開關(guān)同時斷開,紅燈和綠燈串聯(lián),要想綠燈亮,紅燈滅,紅燈的電阻必須遠遠小于綠燈的電阻.
解答:解:(1)浮體A具有最小體積的條件是:浮體A剛好浸沒在水中時受到向上的浮力跟閥門C受到水向下的壓力相等,桶口處的水壓為:
p=ρgh=103kg/m3×10N/kg×0.4m=4×103Pa;
C受到的水的壓力為:
F=pS=4×103Pa×10-4m2=0.4N;
則F=F=ρgV得  
浮體A的最小體積V=V===4×10-5m3,
答:浮體A的最小體積為4×10-5m3
(2)水應吸收的熱量:
Q=cm(t-t)=4.2×103J/(kg?℃)×1kg×(100-20)℃=3.36×105J;
因熱量全部由電能提供,即W=Q=Pt
所以電熱管的電功率P===560W;
答:電熱管的電功率為560W;
(3)開關(guān)1和2在水沸騰前同時閉合,在水沸騰后同時斷開
R<<R(紅燈電阻遠遠小于綠燈電阻).
點評:本題考查體積、電功率的計算以及對電路的分析,主要是公式及其變形的靈活運用,難點是對電路的分析,知道開關(guān)斷開與閉合時,電路的連接情況,尤其是兩燈串聯(lián)時一個不發(fā)光的情況.
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