Question

18．如圖甲是用來(lái)焊接PVC塑料管道的熱容器外觀照片．其內(nèi)部電路如圖乙，S₁是手動(dòng)電源開(kāi)關(guān)．S₂是溫控開(kāi)關(guān)，作用是完成“加熱模式”和“保溫模式”之間的切換．L是指示燈（在S₁閉合情況下L始終能正常發(fā)光，燈絲電阻不變），R₁是限流電阻．如圖是相關(guān)元件的物理參數(shù)．

（元件）項(xiàng)目	參數(shù)
電源電壓	220V
加熱功率	1210W（不含L及R的功率）
L燈	0.1A 2W
R2	202Ω

（1）求R₁的阻值；
（2）求保溫功率（不含L和R₁的功率）；
（3）某次熱容器在正常加熱狀態(tài)，需要將80g的PVC塑料從溫室20℃加熱到170℃，加熱效率為60%，請(qǐng)計(jì)算需要加熱的時(shí)間？（PVC塑料的比熱容為1.2×10³J/（kg•℃），小數(shù)點(diǎn)保留一位）

Answer 1

分析 （1）由圖可知，燈L與R₁串聯(lián)在照明電路中，L正常發(fā)光，根據(jù)P=UI求出燈泡L的額定電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出R₁兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出R₁的阻值：
（2）S₂閉合時(shí)，電阻R₂被短路，只有電熱絲R₃工作，總電阻最小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路的總功率最大，處于加熱狀態(tài)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出R₃的阻值；S₂斷開(kāi)時(shí)，電阻R₂與R₃串聯(lián)，總電阻最大，處于保溫狀態(tài)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出保溫功率；
（3）知道PVC塑料的質(zhì)量和初溫、末溫以及比熱容，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出吸收的熱量，根據(jù)η=$\frac{Q吸}{W}$×100%求出消耗的電能，利用P=$\frac{W}{t}$求出需要的加熱時(shí)間．

解答 解：（1）由圖可知，燈L與R₁串聯(lián)在照明電路中，L正常發(fā)光，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，由P=UI可得，燈泡L的額定電壓：
U_L=$\frac{{P}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2W}{0.1A}$=20V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R₁兩端的電壓：
U₁=U-U_L=220V-20V=200V，
由I=$\frac{U}{R}$得，R₁的阻值：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{L}}$=$\frac{200V}{0.1A}$=2000Ω；
（2）S₂閉合時(shí)，電阻R₂被短路，只有電熱絲R₃工作，總電阻最小，處于加熱狀態(tài)，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₃的阻值：
R₃=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{1210W}$=40Ω，
S₂斷開(kāi)時(shí)，電阻R₂與R₃串聯(lián)，總電阻最大，處于保溫狀態(tài)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，保溫功率：
P_保=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}+{R}_{3}}$=$\frac{（220V）^{2}}{202Ω+40Ω}$=200W；
（3）PVC塑料吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=1.2×10³J/（kg•℃）×80×10^-3kg×（170℃-20℃）=14400J，
由η=$\frac{Q吸}{W}$×100%可得，消耗的電能：
W=$\frac{Q}{η}$=$\frac{14400J}{60%}$=24000J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，需要的加熱時(shí)間：
t′=$\frac{W}{{P}_{加熱}}$=$\frac{2400J}{1210W}$=19.8s．
答：（1）R₁的阻值為2000Ω；
（2）保溫功率為200W；
（3）需要的加熱時(shí)間為19.8s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式、效率公式、吸熱公式、電功公式的應(yīng)用，正確的判斷電路的連接方式是關(guān)鍵．