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15.電壓力鍋集高壓鍋和電飯鍋的優(yōu)點于一體,既安全又節(jié)能.某型號電壓力鍋的額定電壓為220V,如圖是其工作原理圖,R1、R2分別是主加熱器和保壓加熱器,R1的額定功率為800W;L是用來指示電壓力鍋工作狀態(tài)的變色發(fā)光二極管,當通過它的電流小于40mA時,發(fā)紅光,達到40mA時,開始發(fā)綠光,只要有電流通過L其兩端電壓就恒為2V;R0是特殊電阻,其阻值隨鍋內溫度變化而改變;接通電路,開關S自動與觸點a、b閉合,開始加熱,當鍋內水溫達到105℃時,S自動與a、b斷開,并與觸點c接通,開始保壓,此時鍋內水溫不變,且未沸騰.
(1)電壓力鍋正常工作時,若指示燈L發(fā)綠光,求R0的最大阻值.
(2)當鍋內氣壓為110千帕時,鍋內氣體對鍋蓋(400厘米2)的壓力多大?
(3)在保壓狀態(tài)下,加熱器正常工作1h耗電0.2kWh,求R2的阻值.
(4)用該壓力鍋對5L、20℃的水加熱,正常工作35min后,求水溫升高到多少攝氏度?(已知消耗的電能有90%被有效利用,水的比熱容為4.2×103J/(kg•℃).

分析 (1)發(fā)光二極管L與電阻R0串聯,L兩端電壓恒為2V,根據串聯電路電壓的規(guī)律求出R0兩端電壓,指示燈發(fā)綠光,電路中的最小電流I為40mA,根據歐姆定律求出R0的最大阻值.
(2)根據p=FS的變形公式即可求出鍋內氣體對鍋蓋的壓力;
(3)已知消耗的電能和時間,先根據公式W=Pt求出加熱器的電功率,再根據公式R=U2P求出R2的阻值.
(4)已知消耗的電能有90%被有效利用,根據公式Q=ηPt可求水吸收的熱量,再利用公式Q=cm△t可求水升高的溫度.

解答 解:(1)要使指示燈發(fā)綠光,電路中的最小電流I為40mA,L兩端電壓恒為2V,則R0兩端電壓:U0=U-UL=220V-2V=218V;
由I=UR可得R0的最大阻值:
R0=U0I=218V0.04A=5450Ω;
(2)鍋內氣壓為p=110千帕=1.1×105Pa.鍋蓋面積S=400cm2=0.04m2
由p=FS得鍋內氣體對鍋蓋的壓力:
F=pS=1.1×105Pa×0.04m2=4400N.
(3)保壓時,加熱器R2工作,加熱器電功率:
P2=W2t=0.2kWh1h=0.2KW=200W,
由P=U2R可得R2的阻值:
R2=U2P2=220V2200W=242Ω;
(4)假設電壓力鍋在35min內一直處于加熱狀態(tài),則水吸收的熱量:
Q=η(P1+P2)t,
Q=90%×(800W+200W)×35×60s=1.89×106J,
Q=cm(t-t0)=cρV(t-t0
1.89×106J=4.2×103J/(kg.℃)×1.0×103kg/m3×5×10-3m3×(t-20℃)
解得:t=110℃.
由于鍋內水溫達到105℃時,壓力鍋處于保壓狀態(tài),溫度保持不變,所以吸熱后水溫升高到105℃.
答:(1)R0的最大阻值為5450Ω.
(2)當鍋內氣壓為110千帕時,鍋內氣體對鍋蓋(400厘米2)的壓力為4400N.
(3)R2的阻值為242Ω.
(4)用該壓力鍋對5L、20℃的水加熱,正常工作35min后,水溫升高到105℃.

點評 本題考查電阻、電功率、壓力、吸收熱量和升高溫度的計算,關鍵是公式及其變形的靈活運用,重點是對電路圖的分析,這也是本題的難點.

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