Question

（8分）下图甲为某电热水器的原理图（其铭牌如下表），其中低压控制电路中的电磁铁线圈电阻不计，R为热敏电阻，电源电压U₁恒为6V．热敏电阻R和高压工作电路中的三只电阻R₁、R₂、R₃均置于储水箱中．已知R₁＝33Ω、R₂＝66Ω、R₃＝154Ω、U₂＝220V．当电磁铁线圈中的电流I<10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通．

储水箱额定水量	55kg
额定电压	220V
加热功率	2200W

（1）当衔铁位于图甲所示位置时，高压工作电路中的总电阻为         Ω，此时电路处于       （选填“加热”或“保温”）状态．
（2）当电热水器在加热状态下正常工作时，给满水箱中的水加热，使其从25℃升高到45℃，需用时50min.求此加热过程中：
①水吸收的热量；
②电热水器的加热效率．【水的比热容为4.2×10³J/（kg?℃）】   
（3）热敏电阻中允许通过的最大电流I₀＝15mA，其热敏电阻R随温度变化的规律如图乙．为保护热敏电阻R使低压控制电路正常工作，保护电阻R₀的阻值至少为多大?

Answer 1

（1）220       保温
（2）①Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×55kg×（45℃-25℃）=4.62×10⁶J
② W=Pt=2200W×3000s=6.6×10⁶J
         
（3）为保护热敏电阻R使低压控制电路正常工作，当R达到最小值200Ω时，控制电路中的电流不超过最大值I₀＝15mA，此时R₀取最小值。

R₀=R_总-R=400Ω-200Ω=200Ω

解析试题分析：（1）当衔铁位于图甲所示位置时，高压工作电路中R₂＝66Ω与R₃＝154Ω串联接入电路，总电阻为R= R₂+ R₃=66Ω+154Ω=220Ω，此时接入电路中总电阻最大，故电路处于保温状态。（2）由题意知：水的比热容c=4.2×10³J/（kg?℃），质量m=55kg，升高的温度Δt=45℃-25℃=20℃，加热状态时的功率P=2200W，时间t=50min=3000s，则①水吸收的热量Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×55kg×20℃=4.62×10⁶J；②消耗的电能W=Pt=2200W×3000s=6.6×10⁶J加热效率。
（3）由题意知：为保护热敏电阻R使低压控制电路正常工作，当R达到最小值R=200Ω时，控制电路中的电流不超过最大值I₀＝15mA，此时R₀取最小值，则，R₀=R_总-R=400Ω-200Ω=200Ω。
考点：电路的综合分析与计算