如图所示,是某鱼缸水温调节器的原理图,其中R1为阻值可调的电热丝,开关S2为单刀双掷开关.开关S1闭合、S2接b时,电路处于加热状态;当开关S1断开、S2接a时,电路处于保温状态.已知U=220V,R2=880Ω,R1不会短路.取水的比热容c=4.2×103 J/(kg?℃).试问:
(1)当电路处于加热状态时,通过电阻R2的电流为多少?
(2)当电路处于保温状态时,若电路消耗的功率P=48.4W,则电热丝R1连入电路的阻值应为多少?
(3)当电路处于加热状态时,要将缸中m=48.4 kg的水温度升高△t=2℃,现调节电热丝R1使其阻值为R1′=200Ω,则加热需多少时间?(假设电热全部被水吸收,且无热量散失)
网友回答
解:(1)当电路处于加热状态时,等效电路图如下图所示:
通过电阻R2的电流:
I2===0.25A;
(2)当电路处于保温状态时,等效电路图如下图所示:
电路的总电阻R===1000Ω,
则R1=R-R2=1000Ω-880Ω=120Ω;
(3)当电路处于加热状态时,等效电路图如下图所示:
水需要吸收热量:
Q=cm△t=4.2×103J/(kg?℃)×48.4kg×2℃=406560J,
电路中的总电阻:
R总===105.6Ω,
此时电路的总功率:
P加热′===W,
加热时间:
t====8870.4s.
答:(1)通过电阻R2的电流约为0.25A;
(2)电热丝R1连人电路的阻值应为120Ω;
(3)加热需8870.4s.
解析分析:(1)开关S1闭合、S2接b时,电路处于加热状态,两电阻并联,根据I=求出通过电阻R2的电流;
(2)当开关S1断开、S2接a时,两电阻串联,根据R=求出电路的总电阻,再根据电阻的串联求出电热丝R1连人电路的阻值;
(3)当电路处于加热状态时,两电阻并联,根据Q=cm△t求出水吸收的热量,电流做的功即为水吸收的热量,根据电阻的并联特点求出电路中的总电阻,再根据W=Q=Pt=t即可求出加热时间.
点评:本题考查了串联、并联电阻特点和电功率公式的应用,以及电阻、吸热、加热时间的计算,关键是公式的灵活运用和开关闭合、断开时电路连接方式的判断.