如图所示是某电子瓦罐的工作电路图,ND为标有“2V?10mA”的指示灯,R0的限流电阻,R1、R2分别为发热电阻.该电子瓦罐共有高温和低温两档,其部分参数如下表所示.求:
(1)要使指示灯正常发光,指示灯电路的功率为多少?
(2)加热电阻R1的阻值为多少?
(3)在一个标准大气压下,电子瓦罐装水至最高水位,用高温档将温度为20℃的水烧开需要70min,则电子瓦罐的效率是多少?【水的比热容为4.2×103J/(kg?℃)】.
容积5L额定电压220V加热额定功率500W保温额定功率300W
网友回答
解:(1)由图可知,指示灯与限流电阻串联,指示灯正常发光时的电流I=10mA,
∵串联电路中各处的电流相等,
∴指示灯电路的功率:
P=UI=220V×10×10-3A=2.2W;
(2)由图可知,电路为R2的简简单电路时处于保温状态,R1、R2并联时处于加热状态,
则电阻R1的电功率:
P1=P加热-P保温=500W-300W=200W,
∵并联电路中各支路两端的电压相等,且P=,
∴R1===242Ω;
(3)由ρ=可得,水的质量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×5×10-3m3=5kg,
水吸的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg?℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J,
70min内消耗的电能:
W=Pt=500W×70×60s=2.1×106J,
电热水壶的效率:
η=×100%=×100%=80%.
答:(1)要使指示灯正常发光,指示灯电路的功率为2.2W;
(2)加热电阻R1的阻值为242Ω;
(3)电子瓦罐的效率是80%.
解析分析:(1)指示灯正常发光时的电流和额定电流相等,根据P=UI求出指示灯电路的功率;
(2)由电路图可知,开关位于2、3时,电路为R2的简简单电路,此时电路中的电阻最大,电子瓦罐处于保温状态;当开关位于3、4时,R1、R2并联,电路中的总电阻最小,电子瓦罐处于加热状态;加热额定功率减去保温额定功率等于R1的电功率,根据P=求出加热电阻R1的阻值;
(3)电子瓦罐装水至最高水位时水的体积和容积相等,利用m=ρV求出水的质量,标准大气压下水的沸点是100℃,根据吸热公式Q吸=cm(t-t0)求出水吸收的热量,根据公式W=Pt求出消耗的电能,水吸收的热量与消耗电能的比值就等于电热水壶的热效率.
点评:本题考查了电功与热量的综合计算,涉及到电功率公式、串并联电路的特点、密度公式、吸热公式、电功公式、效率公式的应用等,关键是知道准大气压下水的沸点是100℃,同时注意无论是串联还是并联电路的总功率等于各用电器功率之和.