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19.如图1甲是一台常用的电热饮水机,乙图是它的电路原理图,如表是它的铭牌数据,电路的工作原理是S是温控开关,R1是加热电阻,R2是定值电阻.当温控开关S接a时,R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温度时,温控开关S自动从a切换到b,电路处于保温状态,(R1R2阻值不随温度变化而变化)
水桶容量20L
热水箱容量1L
额定电压220V
额定加热功率440W
额定保温功率44W
(1)根据上述要求,请在图乙中将电路图连接完整.
(2)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是多大?
(3)保温功率是指整个电路消耗的功率.饮水机正常工作时,在保温状态下,R1的功率是多少?
(4)饮水机正常工作时,将热水箱中的水从10℃加热到98℃,需要20min.求此加热过程中,饮水机的加热效率?
(5)在用电高峰期,让饮水机单独工作加热水,观察标有“3000R/kW•h”字样的电能表在6min内转盘转了120转,则此时饮水机的实际加热功率为400W,实际电压<额定电压(选填“>”“=”“<”),原因是由于用电高峰期输送导线两端有较大的电压.
(6)如图2所示是电热饮水机的三角插头和插座.插头上标有字母E的导线要和饮水机的金属外壳相连;饮水机正常工作时插头上标有字母L、N的两脚间的电压是220V.

分析 (1)当温控开关S接a时,R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温度时,温控开关S自动从a切换到b,处于保温状态,根据公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知,保温状态下电阻应变大,所以由电路图知,可以将电阻R1与R2串联接入电路,据此连接电路即可;
(2)由饮水机铭牌可知,饮水机的额定电压是220V,加热功率是440W,由电功率的变形公式I=$\frac{P}{U}$可以求出饮水机在加热状态下正常工作时的电流.
(3)由于电路处于加热状态R1接入电路,根据公式R=$\frac{U}{I}$求出R1的阻值,根据公式P=UI求出处于保温状态的电流,利用P=I2R求保温状态下,R1的功率;
(4)由饮水机铭牌知,热水箱的容积是1L,由m=ρV求出水的质量,然后由吸热公式Q=cm△t求出水所吸收的热量;
由公式W=Pt求出电热水器做的功,最后求出饮水的加热效率.
(5)已知消耗1kw•h的电能,电能表的转盘转动3000转,可求转120转消耗的电能,根据公式P=$\frac{W}{t}$可求该电器消耗的实际功率.与额定功率比较即可,根据公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可判断功率变化的原因;
(6)三孔插座中,上面的接地线,左面的接零线,右面的接火线,简称“上地、左零、右火”,零线和火线间的电压是220V.

解答 解:(1)当温控开关S接a时,R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温度时,温控开关S自动从a切换到b,处于保温状态,根据公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知,保温状态下电阻应变大,所以由电路图知,可以将电阻R1与R2串联接入电路,如图:

(2)加热时,由P=UI得:
饮水机的工作电流I加热=$\frac{{P}_{加热}}{U}$=$\frac{440W}{220V}$=2A;
(3)由I=$\frac{U}{R}$得:
在加热状态下,R1=$\frac{U}{{I}_{加热}}$=$\frac{220V}{2A}$=110Ω;
由P=UI得:在保温状态下,饮水机的工作电流I保温=$\frac{{P}_{保温}}{U}$=$\frac{44W}{220V}$=0.2A;
则在保温状态下,R1的功率P1=(I保温2R1═(0.2A)2×110Ω=4.4W;
(4)水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg,
水吸收的热量Q=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×1kg×(98℃-20℃)=3.276×105J;   
加热时,饮水机做功W=Pt=440W×20×60s=5.28×105J,
饮水机的效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{W}_{电}}$×100%=$\frac{3.276×1{0}^{5}J}{5.28×1{0}^{5}J}$×100%≈62%;
(5)转120转消耗的电能W=$\frac{1kW•h}{3000R}$×120R=0.04kW•h,
此时消耗的实际功率P=$\frac{W}{t}$=$\frac{0.04kW•h}{6×\frac{1}{60}h}$=0.4kw=400W<440W,
所以P<P,由于电阻丝的阻值不变,根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知:实际电压小于额定电压,原因是由于用电高峰期输送导线两端有较大的电压;
(6)三脚插头的E号脚与用电器外壳相连,当三脚插头插入三孔插座时,三脚插头的E号脚与三孔插座的E号相连,使金属外壳与大地相连通,若金属外壳的用电器外壳带电,电流会通过地线导入大地,防止造成触电事故的发生;L、N脚分别连接电路的零线和火线,两脚间的电压就是火线和零线之间的电压,即220V.
答:(1)电路图如上图.
(2)在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是2A;
(3)饮水机正常工作时,在保温状态下,R1的功率是4.4W;
(4)此加热过程中,饮水机的加热效率为62%;
(5)440;<;由于用电高峰期输送导线两端有较大的电压.
(6)金属外壳;220.

点评 本题是一道关于电热饮水机的计算题,虽然难度不大,但问题较多,解题时要细心、认真,根据饮水机铭牌找出需要的数据,选择恰当的物理学公式解题.

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