Question

20．學習了電流的熱效應后，小明開始關(guān)注家里的電熱水器，他發(fā)現(xiàn)電熱水器的說明書上寫有：額定電壓220V、保溫功率22W、加熱功率1000W．如圖所示為電路圖，則：
（1）若只閉合開關(guān)S₁，電熱水器將處于保溫（選填“保溫”或“加熱”）狀態(tài)，此時電熱水器中的電流是多大？
（2）同時閉合開關(guān)S₁、S₂，通電5min，小明發(fā)現(xiàn)5kg水溫度升高了10℃，此過程中水吸熱的熱量是多少？此狀態(tài)下，該電熱水器的效率是多少？（C_水=4.2×10³J/（kg•C））

Answer 1

分析 （1）只閉合開關(guān)S₁時，兩電阻串聯(lián)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$判斷電熱水器的狀態(tài)，再根據(jù)P=UI求出電熱水器中的電流；
（2）同時閉合開關(guān)S₁、S₂時，電路為R₁的簡單電路，電熱水器處于加熱狀態(tài)；根據(jù)Q_吸=cm△t求出水吸收的熱量，再根據(jù)W=Pt求出通電5min消耗的總電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出該電熱水器的效率．

解答 解：（1）由電路圖可知，只閉合開關(guān)S₁時，兩電阻串聯(lián)，電路中的總電阻最大，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路中的功率較小，電熱水器將處于保溫狀態(tài)；
由P=UI可得，此時電熱水器中的電流：
I=$\frac{{P}_{保溫}}{U}$=$\frac{22W}{220V}$=0.1A；
（2）同時閉合開關(guān)S₁、S₂時，電路為R₁的簡單電路，電熱水器處于加熱狀態(tài)，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×5kg×10℃=2.1×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，電熱水器消耗的電能：
W=P_加熱t=1000W×5×60s=3×10⁵J，
該電熱水器的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{2.1×1{0}^{5}J}{3×1{0}^{5}J}$×100%=70%．
答：（1）保溫；此時電熱水器中的電流是0.1A；
（2）此過程中水吸熱的熱量是2.1×10⁵J，該電熱水器的效率是70%．

點評 本題為電學和熱學的綜合計算題，考查了學生對電功率公式、吸熱公式、電功公式和效率公式的掌握和運用，會分析飲水機不同功率時電路的連接方式是關(guān)鍵．