Question

11．圖甲所示是某家用電輔熱式平板太陽能熱水器，其電加熱的額定功率為2000W．圖乙是其儲(chǔ)水箱水位探測電路原理圖，其中電源電壓為24V，A為水位指示表（由量程為0～0.6A電流表改成），R₀阻值為l0Ω，R_x為壓敏電阻，其阻值與儲(chǔ)水箱水深的關(guān)系如圖丙所示．
（1）熱水器正常加熱時(shí)，電熱絲電阻多大？（己知家庭電路電壓為220V）
（2）陰雨天，將儲(chǔ)水箱中50kg、30℃的水加熱到50℃，正常通電要多長時(shí)間？
[設(shè)電熱全部被水箱中的水吸收且水無熱損失c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（3）當(dāng)水位指示表指示儲(chǔ)水箱水深為0.2m時(shí)，探測電路中的電流多大？

Answer 1

分析 （1）已知電加熱的額定功率，利用R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出電阻；
（2）先利用水的吸熱公式求出水吸收的熱量，再利用P=$\frac{W}{t}$求出加熱時(shí)間；
（3）當(dāng)水位指示表指示儲(chǔ)水箱深為0.2m，由圖象讀出壓敏電阻，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和和歐姆定律計(jì)算此時(shí)的電流．

解答 解：
（1）由題可知，電加熱器的額定功率為2000W，電壓U=220V，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得電熱絲電阻：
R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{2000W}$=24.2Ω；
（2）儲(chǔ)水箱中水吸收的熱量為：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×50kg×（50℃-30℃）=4.2×10⁶J，
電熱全部被水箱中的水吸收且水無熱損失，則根據(jù)W=Q=Pt得：
正常通電時(shí)間t=$\frac{W}{P}$=$\frac{4.2×1{0}^{6}J}{2000W}$=2100s；
（3）由乙圖知，R₀與R_x串聯(lián)，電流表測電路中電流，
由丙圖可知，h=0.2m時(shí)，R_x=150Ω，
由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得則探測電路中壓敏電阻R_x的電流為：
I_x=I=$\frac{U}{{R}_{x}+{R}_{0}}$=$\frac{24V}{150Ω+10Ω}$=．
答：（1）熱水器正常加熱時(shí)，電熱絲電阻為24.2Ω；
（2）正常通電要2100s；
（3）當(dāng)水位指示表指示儲(chǔ)水箱水深為0.2m時(shí)，探測電路中的電流為0.15A．

點(diǎn)評(píng) 本題是電和熱的綜合題，考查了電路中的相關(guān)知識(shí)，對(duì)學(xué)生的審題能力、圖象分析和計(jì)算能力等要求較高，難度較大．