Question

如圖甲是一種家用蒸汽電熨斗的實(shí)物圖．使用時(shí)水箱中的水滴入被加熱的底板汽室，迅速汽化產(chǎn)生向下的蒸汽．圖乙是一種家用電熨斗的電路原理圖（額定電壓為220V），虛線框內(nèi)為加熱電路．R₀是定值電阻，R是可變電阻（調(diào)溫開(kāi)關(guān)）．

求：
（1）該電熨斗溫度最低時(shí)的耗電功率為121W，溫度最高時(shí)的耗電功率為484W，求R₀的阻值及R的阻值變化范圍．
（2）用電熨斗汽燙時(shí)需要先預(yù)熱，若預(yù)熱時(shí)采用最大功率使金屬底板的溫度從20℃升到220℃．已知底板的質(zhì)量為1kg，鐵的比熱容為0.46×10³J/（㎏?℃）．金屬底板利用電熱的效率為80%，求使金屬底板的溫度從20℃升到220℃所需要的時(shí)間（計(jì)算結(jié)果保留整數(shù)）．
（3）假定電熨斗每秒鐘散發(fā)的熱量Q跟電熨斗表面溫度與環(huán)境溫度的溫差關(guān)系如圖丙所示，現(xiàn)在溫度為20℃的房間使用該電熨斗來(lái)熨燙毛料西服，要求熨斗表面溫度為220℃，且保持不變，問(wèn)應(yīng)將R的阻值調(diào)為多大？

Answer 1

解：（1）定值電阻R₀的阻值為R₀===100Ω，
滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路時(shí)，電路總阻值
R_總===400Ω，
滑動(dòng)變阻器的最大阻值R=R_總-R₀=400Ω-100Ω=300Ω；
答：R₀的阻值是100Ω，電阻R的阻值變化范圍是0～300Ω．
（2）電熨斗底板吸收的熱量
Q=mc△t=1kg×0.46×10³J/（㎏?℃）×（220℃-20℃）=9.2×10⁴J，
電熨斗產(chǎn)生的熱量Q_總===1.15×10⁵J，
電熨斗預(yù)熱需要的時(shí)間t===≈238s；
答：金屬底板的溫度從20℃升到220℃所需要的時(shí)間是238s．
（3）電熨斗與環(huán)境溫差是220℃-20℃=200℃
由圖象可知電熨斗每秒散發(fā)的熱量是Q=440J；
電熨斗總電阻發(fā)熱功率P_實(shí)===440W；
此時(shí)電熨斗電阻R_總===110Ω．
滑動(dòng)變阻器阻值R=R_總-R₀=110Ω-100Ω=10Ω．
答：R的阻值為10Ω．
分析：（1）溫度最低時(shí)的耗電功率也就是電路電阻最大時(shí)的功率，即滑動(dòng)變阻器全部接入電路；溫度最高時(shí)的耗電功率也就是電路電阻最小時(shí)的功率，即滑動(dòng)變阻器被短路，此時(shí)只有定值電阻接入電路，由電功率的變形公式R=可以求出電阻R₀及R的阻值．
（2）根據(jù)熱量公式Q=cm△t求出金屬底板吸收的熱量，然后根據(jù)電熨斗的效率求出電熨斗產(chǎn)生的熱量，最后由電功率的變形公式t=求出電熨斗的預(yù)熱時(shí)間．
（3）根據(jù)圖象求出電熨斗每秒散失的熱量，求出電熨斗的功率；根據(jù)功率公式及串聯(lián)電路特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器阻值．
點(diǎn)評(píng)：本題考查生活中的物理知識(shí)的應(yīng)用，要學(xué)會(huì)從實(shí)際情景中找出物理模型和采用的物理規(guī)律．本題是一道信息給予題，解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵是善于從題目中找到有用的信息，結(jié)合相應(yīng)的計(jì)算公式計(jì)算．