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近期他重庆市有关单位实施的家电下乡活动中,有种电器是电热饮水机,它有加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S自动控制),从说明书上收集到如下数据及如图所示的电路原理图.
热水箱容量2L
额定电压220V
加热时的功率400W
保温时的功率40W
(1)请分析说明温控开关S断开时,饮水机处于加热还是保温状态.
(2)求电阻R1的阻值.
(3)晚上,由于是用电高峰期,该电热饮水机的实际工作电压只有200V,若它的电阻不变,加热效率为80%,求将满热水箱的水从20℃加热到80℃需要多长时间?,ρ=1.0×103kg/m3,保留一位小数)

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答案:
分析:(1)分析开关闭合(两电阻并联)和断开时(只有R1)的电路组成及电阻关系,根据P=分析哪种情况电功率大,电功率大的为加热状态,电功率小的为保温状态; (2)当开关断开时(只有R1)处于保温状态,知道此时的电功率,利用P=求R1的大小; (3)求出水吸收的热量Q吸,知道加热效率,利用效率公式求消耗的电能,又知道实际电压,利用W电=t,求加热时间. 解答:解:(1)S断开时,P1=;S闭合时,P2=; ∵R1和R2并联, ∴R总<R2, ∴P1<P2, 当S断开时,电热饮水机处于保温状态; (2)电热饮水机处于保温时: ∵P保温=, ∴R2===1210Ω, 电热饮水机处于加热时: ∵P加热=, ∴R总===121Ω ∵R1和R2并联, ∴=+, 即:=+, 解得: R1=134.4Ω; (3)水的质量: m=ρv=1×103kg/m3×2×10-3m3=2kg, 水吸收的热量: Q吸=cm△t =4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(80℃-20℃) =5.04×105J, 由题知,W电×80%=Q吸, 电热饮水机实际消耗的电能: W电===6.3×105J, ∵W电=t, ∴t==≈1905.8s. 答:(1)开关S断开时,饮水机处于保温状态; (2)电阻R1的阻值为134.4Ω; (3)将满热水箱的水从20℃加热到80℃需要1905.8秒.
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