物理
某物理兴趣小组设计并制作了一台恒温箱.设计要求箱内安装一根电热丝,在采用220V恒定电压供电的情况下,电热丝每秒向箱内提供1000J的热量(设电能全部转化为内能).恒温箱组装好后,经测量发现该电热丝实际每秒供热1210J.(设电热丝的电阻不随温度改变)问:(1)电热丝的阻值是多少?(2)为了使电热丝供热达到设计要求,在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下,应在箱外怎样连接一个电阻元件?(3)所连接的电阻元件的阻值皂多少.

2019-06-21

某物理兴趣小组设计并制作了一台恒温箱.设计要求箱内安装一根电热丝,在采用220V恒定电压供电的情况下,电热丝每秒向箱内提供1000J的热量(设电能全部转化为内能).恒温箱组装好后,经测量发现该电热丝实际每秒供热1210J.(设电热丝的电阻不随温度改变)
问:(1)电热丝的阻值是多少?
(2)为了使电热丝供热达到设计要求,在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下,应在箱外怎样连接一个电阻元件?
(3)所连接的电阻元件的阻值皂多少.
优质解答
(1)电热丝每秒供热1000J,由P=
W
t
可知,发热丝的发热功率P=1000W;
由P=UI和I=
U
R
得:
R=
U2
P
=
(220V)2
1000W
=48.4Ω.
(2)为了使电热丝每秒产生的热量减少,电阻元件应与电热丝串联.
(3)由题知,用220V的恒压电源供电,测得该电热丝每秒实际供热1210J,
即:Q=
U2
R
t=
(220V)2
R
×1s=1210J,
则电热丝的电阻:R=40Ω,
按设计要求,电热丝每秒产生热量为1000J,
因为Q=I2Rt,
所以通过电热丝的电流:
I=
Q′
Rt
=
1000J
40Ω×1s
=5A,
电热丝两端的电压:
UR=IR=5A×40Ω=200V,
电阻元件两端的电压:
UR′=U-UR=220V-200V=20V,
则R′=
U
R
I
=
20V
5A
=4Ω.
答:(1)电热丝的阻值是48.4Ω;
(2)为了使电热丝供热达到设计要求,在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下,应在箱外串联连接一个电阻元件;
(3)所连接的电阻元件的阻值是4Ω.
(1)电热丝每秒供热1000J,由P=
W
t
可知,发热丝的发热功率P=1000W;
由P=UI和I=
U
R
得:
R=
U2
P
=
(220V)2
1000W
=48.4Ω.
(2)为了使电热丝每秒产生的热量减少,电阻元件应与电热丝串联.
(3)由题知,用220V的恒压电源供电,测得该电热丝每秒实际供热1210J,
即:Q=
U2
R
t=
(220V)2
R
×1s=1210J,
则电热丝的电阻:R=40Ω,
按设计要求,电热丝每秒产生热量为1000J,
因为Q=I2Rt,
所以通过电热丝的电流:
I=
Q′
Rt
=
1000J
40Ω×1s
=5A,
电热丝两端的电压:
UR=IR=5A×40Ω=200V,
电阻元件两端的电压:
UR′=U-UR=220V-200V=20V,
则R′=
U
R
I
=
20V
5A
=4Ω.
答:(1)电热丝的阻值是48.4Ω;
(2)为了使电热丝供热达到设计要求,在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下,应在箱外串联连接一个电阻元件;
(3)所连接的电阻元件的阻值是4Ω.
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