Question

4．探索班為了解決同學(xué)們的飲水問(wèn)題，購(gòu)置了一臺(tái)飲水機(jī)，其銘牌如下表所示．如圖是飲水機(jī)的電路圖，S是用感溫材料制造的溫控開(kāi)關(guān)，R₁是電阻，R₂是供加熱的電阻絲．
（1）用公式分析，S處于什么狀態(tài)（閉合或S斷開(kāi)），飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)．
（2）在加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時(shí)電路中的電流是多大？
（3）在飲水機(jī)的熱水罐中0.6kg水，正常工作，使水從30℃的加熱到80℃，用了5min20秒時(shí)間．用這些信息及數(shù)據(jù)，計(jì)算該飲水機(jī)加熱狀態(tài)時(shí)的效率．[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]（結(jié)果精確到1%）

	50Hz	環(huán)境溫度	10℃～38℃
加熱功率	550W	環(huán)境濕度	≤90%
額定電壓	220V	制熱水能力	≥90℃5L/h

Answer 1

分析 （1）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，只有電阻R₂接入電路，由電功率的大小P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，此時(shí)電功率較大，處于加熱狀態(tài)；當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，R₁R₂串聯(lián)，此時(shí)R₂兩端電壓變小，功率變低，據(jù)此分析；
（2）在加熱狀態(tài)下，正常工作時(shí)電路中的電流根據(jù)飲水機(jī)加熱的額定電壓和額定功率，利用公式 I=$\frac{P}{U}$，便可算出結(jié)果；
（3）先利用吸熱公式求出水吸收的熱量；然后利用電功公式求出消耗的電能，即可求出效率．

解答 解：
（1）當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，R₁R₂串聯(lián)，電源電壓U一定，總電阻R較大，電路中電流較小，由P=I²R可知，此時(shí)R₂的功率較小，故飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)．
（2）在加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時(shí)，則U_額=220V，P_額=550W；
飲水機(jī)正常工作時(shí)電路中的電流：I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{550W}{220V}$=2.5A；
（3）水吸收的熱量：Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×0.6kg×（80℃-30℃）=1.26×10⁵J；
飲水機(jī)消耗的電能：W=Pt=550W×（5×60s+20s）=1.76×10⁵J；
該飲水機(jī)加熱狀態(tài)時(shí)的效率：η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$=$\frac{1.26×1{0}^{5}J}{1.76×1{0}^{5}J}$×100%≈72%．
答：（1）S處于斷開(kāi)時(shí)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)；
（2）在加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時(shí)電路中的電流是2.5A；
（3）該飲水機(jī)加熱狀態(tài)時(shí)的效率約為72%．

點(diǎn)評(píng) 這道題目綜合性比較強(qiáng)，將以前所學(xué)的內(nèi)能知識(shí)與電功的計(jì)算公式結(jié)合起來(lái)，考查學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力，計(jì)算時(shí)注意單位的統(tǒng)一和書(shū)寫(xiě)．