饮水机是一种常用的家用电器,其加热水槽部分工作原理电路图如下图所示,其中S是一个温控开关,R1为电加热管,当饮水机处于加热状态时,水被迅速加热,达到预定温度时,S自动切换到另一处于保温状态.请回答下列问题:(1)A、B是两种不同颜色的指示灯.如果用红色表示正在对水加热,黄色表示保温,请标明指示灯的颜色,应该是A为______色.(2)若饮水机加热时加热管的功率为550W,而保温时加热管的功率为88W,求电阻R2的阻值(不考虑温度对阻值的影响,且不计指示灯的阻值).(3)若加热水槽储水1.0kg,将其从初温20℃加热到100℃,加热管的热效率为90%,试计算出加热需要多少时间?水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)

问题描述:

饮水机是一种常用的家用电器,其加热水槽部分工作原理电路图如下图所示,其中S是一个温控开关,R1为电加热管,当饮水机处于加热状态时,水被迅速加热,达到预定温度时,S自动切换到另一处于保温状态.请回答下列问题:

(1)A、B是两种不同颜色的指示灯.如果用红色表示正在对水加热,黄色表示保温,请标明指示灯的颜色,应该是A为______色.
(2)若饮水机加热时加热管的功率为550W,而保温时加热管的功率为88W,求电阻R2的阻值(不考虑温度对阻值的影响,且不计指示灯的阻值).
(3)若加热水槽储水1.0kg,将其从初温20℃加热到100℃,加热管的热效率为90%,试计算出加热需要多少时间?水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)

(1)当S接左面时电路中只有电阻R1,总电阻最小,电流路中电流最大,发热管功率就会最大,处于加热状态,因此A灯为红色灯.
故答案为:红.
(2)加热时:加热管的电功率P1=550W
电阻R1=

U2
P1
=
(220V)2
550W
=88Ω;       
保温时:加热管的电功率P2=88W;
通过加热管的电流I=
P2
R1
=
88W
88Ω
=1A;  
此时电路的总电阻R=
U
I
=
220V
1A
=220Ω;
根据串联电路电阻的特点,R2=R-R1=220Ω-88Ω=132Ω
答:电阻R2的阻值132Ω.
(3)1.0kg水从初温20℃加热到100℃吸收的热量:
Q=cm(t2-t1)=4.2×103J/(kg•℃)×1.0kg×(100℃-20℃)=3.36×105J
加热管的热效率为90%,根据η=
Q
Q
×100%,则电热管需要放出的热量是:
Q=
Q
η
=
3.36×105J
90%
=3.73×105J
饮水机加热时加热管的功率为550W,则加热的是时间为:
t=
Q
P
=
3.73×105J
550W
≈679s
答:加热管加热时间为679s.
答案解析:(1)饮水机的加热和保温是由电热管的功率决定的,电热管功率大就是加热,电热管功率小就是保温;
(2)已知加热时加热管的功率,根据公式R=
U2
P
可求R1的大小;根据公式P=I2R可求保温时的电流,根据总电压和电流求出电路的总电阻,最后根据串联电路电阻的特点求出电阻R2的大小.
(3)首先根据Q=cm(t2-t1)求出水吸收的热量,加热管的效率η=
Q
Q
×100%,加热管加热放出的热量Q=Pt,据此可以计算出加热管加热需要的时间.
考试点:热量的计算;电功率的计算.

知识点:本题考查电阻、电流、电功率、热效率等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,涉及到热学和电学部分的知识点多,综合性强、易错、属于难题.