6. 新型电饭锅采用“聪明火”技术,智能化地控制食物在不同时间段的温度,以得到最佳的营养和口感,其简化电路如图甲所示。$R_1$ 和 $R_2$ 均为电热丝,S、$S_1$ 都闭合时为加热烧煮状态,S 闭合、$S_1$ 断开时为保温焖饭状态。煮饭时,把电饭锅接入 220 V 电路中,在电饭锅工作的 30 min 内,电路中总电流随时间变化的图像如图乙所示。求:
(1)S 和 $S_1$ 都闭合时,电饭锅的电功率。
(2)电热丝 $R_2$ 的阻值。
(3)这 30 min 内,电饭锅产生的热量。
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解析:
(1)S和$S_1$都闭合时,电阻$R_1$与$R_2$并联,由图乙可知此时电流$I_{max}=3\,A$,则功率$P_{max}=UI_{max}=220\,V×3\,A=660\,W$
(2)开关S闭合、$S_1$断开时,电路中只有$R_1$工作,由图乙可知通过$R_1$的电流$I_1=2\,A$,电阻$R_1$与$R_2$并联时,$I_2=I_{max}-I_1=3\,A-2\,A=1\,A$,根据欧姆定律得$R_2=\frac{U}{I_2}=\frac{220\,V}{1\,A}=220\,\Omega$
(3)只有$R_1$工作时功率$P_1=UI_1=220\,V×2\,A=440\,W$;由图乙可知$t'=10\,min+(20\,min-15\,min)=15\,min=900\,s$,$t''=(15\,min-10\,min)+(30\,min-20\,min)=15\,min=900\,s$,则$Q'=W'=P_{max}t'=660\,W×900\,s=5.94×10^5\,J$,$Q''=W''=P_1t''=440\,W×900\,s=3.96×10^5\,J$,$Q=Q'+Q''=5.94×10^5\,J+3.96×10^5\,J=9.9×10^5\,J$