Question

【題目】圖甲是某種電熱飲水機(jī)的簡(jiǎn)化電路示意圖，它由加熱和保溫兩種工作狀態(tài)（由機(jī)內(nèi)溫控開(kāi)關(guān)S0自動(dòng)控制），乙圖是它的有關(guān)參數(shù)．求：
（1）當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)S0斷開(kāi)時(shí)，飲水機(jī)處于狀態(tài)（填“保溫”或“加熱”），并說(shuō)明理由．
（2）R1和R2的電阻值各是多大？
（3）在用電高峰期，該飲水機(jī)的實(shí)際工作電壓只有200V，加熱效率為80%，若將裝滿(mǎn)水箱的水從20℃加熱至沸騰（當(dāng)時(shí)氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），需要多長(zhǎng)時(shí)間？（C水=4.2×103J/（kg℃），ρ水=1.0×103kg/m3 ， 忽略溫度對(duì)電阻的影響）

Answer 1

【答案】
（1）解：由電路圖可知，當(dāng)S0斷開(kāi)時(shí)R1、R2串聯(lián)，當(dāng)S0閉合時(shí)只有R1連入電路，因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)S0斷開(kāi)時(shí)，電路中的總電阻最大，由P= 可知，電壓一定時(shí)，電路的總功率最小，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)； 答：保溫，當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)S0斷開(kāi)時(shí)，R1、R2串聯(lián)，電路中的總電阻最大，由P= 可知，電壓一定時(shí)，電路的總功率最小，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)；
（2）

解：當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)S0閉合時(shí)，電路為R1的簡(jiǎn)單電路，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)， 由P= 可得，R1的電阻值：R1= = =110Ω；當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)S0斷開(kāi)時(shí)，R1、R2串聯(lián)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，則電路中的總電阻：R= = =1210Ω，

因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，R2的電阻值：

R2=R﹣R1=1210Ω﹣110Ω=1100Ω；

答：R1和R2的電阻值依次為110Ω、1100Ω；

（3）

解：裝滿(mǎn)水箱時(shí)水的體積：

V=2L=2dm3=2×10﹣3m3，

由ρ= 可得，水的質(zhì)量：

m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3=2kg，

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃，則水吸收的熱量：

Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg℃）×2kg×（100℃﹣20℃）=6.72×105J，

由η= ×100%可得，飲水機(jī)消耗的電能：W= = =8.4×105J，由W= t可得，需要的加熱時(shí)間：t′= = =2310s

答：將裝滿(mǎn)水箱的水從20℃加熱至沸騰，需要2310s．

【分析】（1）分析開(kāi)關(guān)閉合（只有R1）和斷開(kāi)時(shí)（兩電阻串聯(lián)）的電路組成及電阻關(guān)系，根據(jù)P= 分析哪種情況電功率大，電功率大的為加熱狀態(tài)，電功率小的為保溫狀態(tài)；（2）當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)S0閉合時(shí)，電路為R1的簡(jiǎn)單電路，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)，根據(jù)P= 求出R1的電阻值；當(dāng)溫控開(kāi)關(guān)S0斷開(kāi)時(shí)，R1、R2串聯(lián)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，根據(jù)P= 求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出R2的電阻值；（3）裝滿(mǎn)水箱時(shí)水的體積和容積相等，根據(jù)m=ρV求出水的質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃，根據(jù)Q吸=cm（t﹣t0）求出水吸收的熱量，根據(jù)η= ×100%求出消耗的電能，利用W= t求出加熱時(shí)間．

【解析】
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解歐姆定律及其應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，掌握歐姆定律的應(yīng)用： ① 同一個(gè)電阻，阻值不變，與電流和電壓無(wú)關(guān) 但加在這個(gè)電阻兩端的電壓增大時(shí)，通過(guò)的電流也增大．（=U/I） ② 當(dāng)電壓不變時(shí)，電阻越大，則通過(guò)的電流就越�。�（I=U/R） ③ 當(dāng)電流一定時(shí)，電阻越大，則電阻兩端的電壓就越大．（U=IR），以及對(duì)電功率的計(jì)算公式的理解，了解計(jì)算電功率公式：P =W/t ；P=UI ; 式中單位P→瓦(w)；W→焦；t→秒；U→伏（V）；I→安（A）計(jì)算電功率還可用公式：P=I2R和P= U2/R．