如图甲为小金同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能。图甲中电磁继电器(线圈电阻不计)、热敏电阻R、保护电阻 R0、电压恒为6V的电源U1、导线等组成控制电路。当电磁铁线圈中的电流I<10mA 时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA 时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点 a、b接通。热敏电阻中允许通过的最大电流 I0 =15mA，其电阻R随温度变化的规律如图乙，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R1、R2、R3均置于储水箱中。已知

1. 如图甲为小金同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能。图甲中电磁继电器(线圈电阻不计)、热敏电阻R、保护电阻 R₀、电压恒为6V的电源U₁、导线等组成控制电路。当电磁铁线圈中的电流I<10mA 时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA 时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点 a、b接通。热敏电阻中允许通过的最大电流 I₀ =15mA，其电阻R随温度变化的规律如图乙，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R₁、R₂、R₃均置于储水箱中。已知 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

(1) 衔铁被吸下时，求加热电路的总功率?

(2) 保温状态下，10分钟电热器产生的热量是多少?

(3) 为使控制电路正常工作，保护电阻Ro的阻值至少为多大?若R₀为该值，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少?

【考点】

电功率计算公式的应用; 电功与热量的综合计算;

【答案】

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解答题普通

1. 3D打印机是一种可快速成型的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，通过逐层打印的方式来构造物体，如图甲所示是一款家用3D打印机，它所使用的丝材原料是PLA塑料，该材料的比热容c＝1.6×10³J/（kg·℃）。

(1) 3D打印机喷头主要是利用了电流的效应；将100g的PLA塑料从20℃加热到80℃，吸收的热量为多少？

(2) 将该3D打印机单独接入家庭电路中工作40min，图乙中的家用电能表指示灯闪烁了600次，则该打印机的实际功率为多少？

(3) 3D打印机利用温度传感器可实现对打印机喷头温度的精确测量，其原理简图如图丙所示，图丙中U₁＝9V，电磁铁的线圈电阻为40Ω，当电磁铁线圈的电流达到90mA时，衔铁被吸下来。温度传感器R₁的阻值随温度的变化情况如表所示。

温度（℃）	30	60	90	120	150	180
电阻（Ω）	140	90	58	40	35	30

若要设置打印机喷头的最高温度为180℃，应将滑动变阻器R₂的阻值调至多大？

解答题困难

2. 为方便师生饮水，学校安装了直饮水机，如甲图所示，其工作电路原理如乙图，电热丝. $\text{[math]}$ 绕在出水管上，水经过出水管时被加热，通过按“温、开水选择开关”按钮(断开或闭合)的状态，可以选择出温水或开水。该直饮水机的额定电压是220V，开水加热电功率是2200W，温水加热电功率是 1000W。 [已知：电热丝 $\text{[math]}$ 电阻不随温度变化，水的比热容 $\text{[math]}$ 水的密度 $\text{[math]}$ 分析并计算：

(1) 当“温、开水选择开关”断开时，饮水机处于出(填“温水”或“开水”)状态。

(2) 电阻R₀的阻值为多大?

(3) 现在需要50℃的温水1000mL，已知水的初温是： $\text{[math]}$ 水需要吸收多少热量?

解答题困难

3. 在科技节活动中，小金要设计一个可调节的电暖手宝。现有电压为10伏的学生电源、2个10欧姆的发热电阻、开关、导线若干。

(1) 小金设计的下列电路图中，能实现高温、低温两档调节的是。

(2) 根据（1）中选择的电路图，计算该暖手宝高温档的电功率。

(3) 若暖手宝中水的质量为150g，用高温档工作多长时间才能使水温上升10℃？（水的比热容为4.2×10³J/（kg⋅℃），不计热量散失）

解答题普通