如图甲所示是某型号的浴室防雾镜,其背面粘贴有等大的电热膜.使用时,镜面受热,水蒸气无法凝结其上,便于成像.经测试,在-10℃环境下,正常工作2分钟,可以使平面镜的平均温度升高到30℃.下表是该防雾镜的相关数据.
总重量2kg玻璃重量1kg额定电压220V/50Hz额定功率400W电热膜厚度0.4mm(1)求防雾镜正常工作2分钟,防雾镜吸收的热量;[玻璃的比热容为0.75×103J/(kg?℃)]
(2)求电热膜给平面镜的加热效率;
(3)如图乙所示,小明给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器,能使整个电路的总功率在防雾镜额定功率的50%~100%之间变化,以满足不同季节使用的需要.请求出R的最大阻值.
网友回答
解:(1)正常工作2分钟,防雾镜吸收的热量:
Q吸=cm△t=0.75×103J/(kg?℃)×1kg×[30℃-(-10℃)]=3×104J;
(2)正常工作2分钟,电热膜产生的热量:
Q=W=Pt=400W×120s=4.8×104J,
加热效率:η=×100%=×100%=62.5%.
(3)电热膜的电阻为R0===121Ω,
当R的阻值最大时,通过电热膜的电流最小,此时电热膜的功率最小,应为400W×50%=200W;
此时通过它的电流:
I最小===A,
电路中的总电阻为R总==≈171Ω,
变阻器的最大阻值为R=R总-R0=171Ω-121Ω=50Ω.
答:(1)防雾镜正常工作2分钟,防雾镜吸收的热量为3×104J;
(2)电热膜给平面镜的加热效率为62.5%;
(3)R的最大阻值为50Ω.解析分析:(1)根据Q=cm△t求出平面镜吸收的热量;(2)根据Q=W=Pt求出电热膜产生的热量,利用效率公式求出电热膜给平面镜的加热效率;(3)由电路图可知,电热膜与滑动变阻器串联,根据欧姆定律可知当滑动变阻器接入电路电阻最大时,电路中电流最小,根据P=I2R可知此时电热膜的电功率最小;根据R= 求出电热膜的电阻,由题意得出电热膜的最小电功率,根据P=I2R的变形式得出电路中的电流,根据欧姆定律求出电路中的总电阻,最后根据电阻的串联求出滑动变阻器的最大阻值.点评:本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、热量的计算、效率公式的应用,关键是公式及其变形式的灵活运用,难点是滑动变阻器最大阻值时电热膜电功率的判断.