图甲是某款鸡蛋孵化器,底部装有加热器。通电后,加热器对水加热,水向上方鸡蛋传递热量,提供孵化所需能量。孵化器简化电路如图乙,R1、R2都是发热电阻,孵化器相关参数如下表所示。

(1) R2的阻值是多少?
答案:2200Ω
(2) 孵化器在加热挡正常工作 50min 消耗电能是多少?若消耗电能由完全燃烧焦炭来提供,需焦炭多少?(焦炭热值是 3.0×107J/kg)
答案:2.4×105J;8×10-3kg
(3) 芳芳同学算出水在这段时间吸收热量 2.16×105J,则孵化器对水加热的效率是多少?
答案:90%
答案:(1) 2200Ω;(2) 2.4×105J;8×10-3kg;(3) 90%
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(1)由图乙可知,两开关均闭合时,两电阻并联,电路的总电阻最小,由 P=U2/R 可知电路的总功率最大,处于加热挡;只闭合开关 S 时,电路为 R2的简单电路,电路的总电阻最大,由 P=U2/R 可知电路的总功率最小,处于保温挡。
通过 R2的电流 I保=P保/U=22W/220V=0.1A。
R2的阻值 R2=U/I保=220V/0.1A=2200Ω。
(2)孵化器正常工作消耗的电能 W=P加t=80W×50×60s=2.4×105J。
需要焦炭的质量 m=Q/q=W/q=(2.4×105J)÷(3.0×107J/kg)=8×10-3kg。
(3)孵化器对水加热的效率 η=Q吸/W ×100%=(2.16×105J ÷ 2.4×105J)×100%=90%。