精英家教网 > 初中物理 > 题目详情
3.张老师向同学们展示了一只具有高、低温两挡调节功能的自制电加热器,并告知其内部电路由电阻丝R1、R2、和开关S1三个元件组成,两根电阻丝允许通过的最大电流均为1A,R1=10Ω,在不拆解加热器的情况下,小军用图1电路对其进行探究:他先闭合S2,电流表的示数为0.24A;再闭合S1,电流表的示数变为0.84A,所用电源电压为6V.
(1)电阻丝R2的阻值为25Ω;
(2)若电源电压可调,闭合S1和S2后,为保证电路安全,求此电加热器允许消耗的最大电功率;
(3)张老师指导小军仅利用原有元件对该电加热器的内部电路进行改装,要求改装后的电加热器须同时满足下列两个条件:
①具备高、低温两挡调节功能;
②在6V电源电压下,用高温挡给0.1kg的水加热14min,可使水温升高7.2℃,设电加热器消耗的电能全部转化为水的内能.
请在图2虚线框中画出内部改装电路图,并通过计算说明.

分析 (1)由题意可知,再闭合S1后,电流表的示数变大,说明原电路要么两电阻并联,要么开关S1与其中一个电阻并联;若开关S1与其中一个电阻串联,根据欧姆定律求出S1闭合、断开时电路中总电阻,根据电阻的串联求出另一电阻的阻值,然后判断此种情况不可能;若两电阻并联,根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出电路的总电阻,利用电阻的并联求出另一电阻的阻值,然后得出答案;
(2)闭合S1和S2后,两电阻并联,根据欧姆定律求出两电阻两端允许所加的最大电压,根据并联电路的电压特点求出电源的电压,又知道电路的总电阻,利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出此电加热器允许消耗的最大电功率;
(3)知道水的质量和温度的变化量以及比热容,根据Q=cm△t求出水吸收的热量即为消耗的电能,又知道工作时间,根据W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出高温档时的电阻,

解答 解:(1)由题意可知,再闭合S1后,电流表的示数变大,则电路可能是两电阻并联,也可能是开关S1与其中一个电阻并联;
若开关S1与其中一个电阻串联,
由I=$\frac{U}{R}$可得,开关S1闭合前后电路中的电阻分别为:
R=$\frac{U}{{I}_{断}}$=$\frac{6V}{0.24A}$=25Ω,R=$\frac{U}{{I}_{闭}}$=$\frac{6V}{0.84A}$=$\frac{50}{7}$Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,电路中两电阻的阻值分别为7Ω、25Ω-$\frac{50}{7}$Ω=$\frac{125}{7}$Ω,这与R1=10Ω不符,故此种情况不可能;
若两电阻并联,开关S1闭合时,两电阻并联,电流表测干路电流,
电路中的总电阻:
R=$\frac{U}{{I}_{总}}$=$\frac{6V}{0.84A}$=$\frac{50}{7}$Ω,
因并联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,$\frac{1}{{R}_{总}}$=$\frac{1}{{R}_{1}}$+$\frac{1}{{R}_{2}}$,即$\frac{1}{\frac{50}{7}Ω}$=$\frac{1}{10Ω}$+$\frac{1}{{R}_{2}}$,
解得:R2=25Ω,即两个电阻为25Ω、10Ω,与题意相符;
(2)闭合S1和S2后,两电阻并联,
两电阻两端允许所加的最大电压:
U1=I1R1=1A×10Ω=10V,U2=I2R2=1A×25Ω=25V,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,电源的最大电压U=10V,
此电加热器允许消耗的最大电功率:
P=$\frac{{{U}_{大}}^{2}}{{R}_{总}}$=$\frac{(10V)^{2}}{\frac{50}{7}Ω}$=14W;
(3)水吸收的热量:
Q=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×0.1kg×7.2℃=3024J,
因电加热器消耗的电能全部转化为水的内能,
所以,由W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可得,高温档时的电阻:
R=$\frac{{U}^{2}}{W}t$=$\frac{{U}^{2}}{Q}$t=$\frac{(6V)^{2}}{3024J}$×14×60s=10Ω,
即高温档时电路中的总电阻为10Ω,低温档时电路中的总电阻大于10Ω,改装电路可设计为两电阻串联,开关S1与R2并联,如下图所示:

答:(1)25;
(2)电加热器允许消耗的最大电功率为14W;
(3)电路图如上图所示.

点评 本题考查了电路的设计和串并联电路的特点以及欧姆定律、吸热公式、电功公式的应用,根据题意判断出原电路的连接方式是解题的基础与关键.

练习册系列答案
相关习题

科目:初中物理 来源: 题型:实验探究题

13.用如图所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验.

(1)实验开始时,杠杆的位置如图甲所示,为使杠杆在水平位置平衡,应将杠杆的平衡螺母向右移动(选填“左”或“右”).
(2)如图乙所示,在刻度线“2”处挂2个钩码.在刻度线“4“处用调好的弹簧测力计竖直向下拉杠杆,杠杆在水平位置平衡时,弹簧测力计的示数为F1,将弹簧测力计斜向左拉,杠杆在水平位时平衡时,其示数F2
>F1(选项“>”、“=”或“<”);再将弹簧测力计斜向右拉,杠杆在水平位置平衡时,其示数F3>F1
(3)得到实验结论后,利用图乙所示的装置,只借助杠杆上的刻度线,右侧只使用弹簧测力计,左侧只悬挂重物,若弹簧测力计的量程是0~2.5N,当杠杆在水平位置平衡时,通过计算可知,悬挂的重物最重可达12.5N.

查看答案和解析>>

科目:初中物理 来源: 题型:解答题

14.如图所示是某品牌电炖锅的内部简化电路图,电炖锅上有1000w和400w两档功率,档位可自动调节,其工作过程是:按下开关,自动选择1000w档将汤煮至100℃,然后自动跳至400w档进行保温慢炖,设汤的初温为20℃,质量为3kg,汤的比热容为4.0×103J/(kg•℃).求:
(1)若电炖锅将汤从初温加热至100℃耗时20min,在此过程中汤吸收的热量是多少?电炖锅的效率是多少?
(2)R1的阻值是多少?
(3)电炖锅进入保温慢炖时,开关S会自动跳至“a”或“b”哪个位置?试说明理由.

查看答案和解析>>

科目:初中物理 来源: 题型:解答题

11.如图所示,电源电压不变,灯泡L标有“4V 2W”字样,R0的阻值为16Ω.当S1、S2断开、S3闭合,滑片P从b端滑到某一位罝时,滑动变阻器R接入电路的电阻减小了8Ω,此过程中电压表的示数由3.2V变为4V.则:
(1)灯泡的电阻为8Ω,灯泡正常工作时的电流为0.5A.
(2)电源电压和滑动变阻器的最大阻值各为多少?(不考虑温度对灯丝电阻的影响)
(3)当S1、S2闭合、S3断开时,电路消耗的最小功率是多少?(符合电路操作规范要求)

查看答案和解析>>

科目:初中物理 来源: 题型:填空题

18.近年来,镇江市民热衷骑公共自行车出行,某人在水平路面上骑车时,人和车总质量为75kg,轮胎与地面总接触面积为3×10-3m2,g=10N/kg,则车对地面的压强p=2.5×105 Pa.轮胎上布满花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的,刹车时人由于惯性会向前倾.

查看答案和解析>>

科目:初中物理 来源: 题型:计算题

8.某村在新农村建设中需在河道上修建一座石桥,图甲是使用吊车向河底投放圆柱形石块的示意图,在整个投放的过程中,石块始终以0.05m/s的速度匀速下降,图乙是吊车钢丝绳的拉力F随时间的变化图象(水的阻力忽略不计).请求:

(1)石块的重力为7000N,石块全部浸没在河水中时所受的浮力为3000N;
(2)投放石块处河水的深度和水对河底的压强;
(3)石块的密度(保留一位小数).

查看答案和解析>>

科目:初中物理 来源: 题型:计算题

15.随着人民生活水平的提高,小汽车逐步走进千家万户.
(1)如图所示是小丽家新买的小汽车,总质量1200kg,每个车轮与地面接触面积20cm2.求:小汽车停放在车库时,车对地面的压强.(取g=10N/kg)
(2)小丽家打算利用周末去离家72km的武汉,若车行驶的平均速度为20m/s,则去武汉大约需多长时间?

查看答案和解析>>

科目:初中物理 来源: 题型:选择题

12.“小荷才露尖尖角,早有蜻蜓立上头”现有一蜻蜓立于距水面0.6m处的荷尖上.池中水深2m,则蜻蜓在水中的像距水面(  )
A.2mB.1.4mC.0.6mD.2.6m

查看答案和解析>>

科目:初中物理 来源: 题型:填空题

9.目前随着网购的增多,物流运输变得越来越繁忙,如图所示是运货中常用的多轴平板货车;货车上装有很多的轮子,这是为了减小压强,且轮胎的外表面后凹凸不变的花纹,这是为了增大摩擦.货车刹车时,地面对车轮的摩擦是有用(选填“有用”或“有害”)的.

查看答案和解析>>

同步练习册答案