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4.如圖甲所示一種家用調溫式電熨斗,工作過程中電源電壓恒為220V,電熨斗金屬底板質量為500g.圖乙是它的工作電路,發(fā)熱部分由調溫電阻R和阻值為110Ω的定值電阻R0組成(電阻值均不受溫度影響).調溫電阻最大阻值為110Ω,預熱時電熨斗以最大功率正常工作110s可使金屬底板的溫度由20℃升高到220℃[金屬底板的比熱容為0.44×103J/(kg•℃)],則

(1)以最大功率預熱時的加熱效率是多大?
(2)電熨斗調溫過程中,電路中的最小電流是多少?
(3)以最小功率工作10min消耗的電能是多少?

分析 (1)已知電熨斗金屬底板的質量、初溫、末溫以及比熱容,根據Q=cm(t-t0)求出預熱時金屬底板吸收的熱量;當調溫電阻接入電路中的電阻為0Ω時,電路中的總電阻最小,電熨斗的功率最大,根據W=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$t 求出工作110s消耗的電能;利用公式η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$計算加熱效率;
(2)當調溫電阻接入電路中的電阻最大時,電路中的總電阻最大,電流最;根據電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的最小電流.
(3)已經求出了電路中的最小電流(此時電熨斗的功率最小),利用公式W=UIt計算此時電熨斗消耗的電能.

解答 解:(1)預熱時金屬底板吸收的熱量:
Q=cm(t-t0)=0.44×103J/(kg•℃)×0.5kg×(220℃-20℃)=4.4×104J;
當調溫電阻接入電路的阻值為0Ω時,只有定值電阻R0連入電路,總電阻最小,電熨斗的功率最大;
以最大功率正常工作110s消耗的電能:
W=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$t=$\frac{(220V)^{2}}{110Ω}$×110s=4.84×104J;
以最大功率預熱時的加熱效率:
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$=$\frac{4.4×1{0}^{4}J}{4.84×1{0}^{4}J}$×100%≈90.9%.
(2)當調溫電阻接入電路中的電阻R=110Ω時,總電阻最大,電路中的電流最;
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,
所以,此時電路中的總電阻:R=R+R0=110Ω+110Ω=220Ω,
則電路中的最小電流:
I最小=$\frac{U}{{R}_{總}}$=$\frac{220V}{220Ω}$=1A.
(3)以最小功率工作10min消耗的電能:
W′=UI最小t′=220V×1A×10×60s=1.32×105J.
答:(1)以最大功率預熱時的加熱效率是90.9%;
(2)電熨斗調溫過程中,電路中的最小電流是1A;
(3)以最小功率工作10min消耗的電能是1.32×105J.

點評 本題考查了吸熱公式、能量轉化效率、串聯(lián)電路的特點、歐姆定律、電功和電功率公式的綜合應用,明確電熨斗的最大和最小功率時電路中的連接方式是關鍵.

練習冊系列答案
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(3)小明發(fā)現(xiàn)當換接 R3時,無論如何滑線變阻器都不能使R3兩端的電壓達到2V,原因可能是滑動變阻器的最大阻值選小了.
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