Question

4．某款家用蒸汽掛燙衣機(jī)（圖甲）的工作原理簡圖如圖乙所示，R₁、R₂為阻值相同的發(fā)熱電阻，1、2、3、4為觸點(diǎn)，S₂為旋轉(zhuǎn)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)關(guān)、低檔、高檔的轉(zhuǎn)換．水箱中一部分水通過進(jìn)水閥門進(jìn)入電熱杯加熱至沸騰，產(chǎn)生的水蒸氣通過蒸汽軟管從蒸汽噴頭噴出，從而熨燙衣服．為了便于移動，它底部裝有四個輪子，其一個大輪子與地面的接觸面積為3cm²，一個小輪子與地面的接觸面積為2.5cm²．蒸汽掛燙衣機(jī)部分參數(shù)如表．請解答：

高檔發(fā)熱功率	880W
額定電壓	220V
水箱容積	2L
掛燙機(jī)凈重	4.6kg

（1）用來制作蒸汽軟管的材料應(yīng)具有什么樣的物理特點(diǎn)或性質(zhì)？請寫出一點(diǎn)耐高溫
（2）水箱上滿水后如圖時蒸汽掛燙衣機(jī)對地板的壓強(qiáng)．
（3）發(fā)熱電阻R₁的阻值．
（4）在無熱損失的情況下，將電熱杯內(nèi)0.25kg、20℃的水加熱到100℃需要的最短時間是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)使用要求和所處環(huán)境分析材料特點(diǎn)；
（2）水箱裝滿水時蒸汽掛燙衣機(jī)對地板的壓力等于水的重力加上掛燙機(jī)的重力，由p=$\frac{F}{S}$解題；
（3）當(dāng)處于高溫檔位時，兩個電阻并聯(lián)，當(dāng)電阻相等，在電壓相等時，功率相等，利用高檔位電功率求出R₁的功率，最后利用R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出電阻；
（4）利用Q_吸=cm△t求出水吸收的熱量，結(jié)合Q_吸=W與t=$\frac{W}{P}$求出時間．

解答 解：（1）因為利用熱的水蒸氣工作，所以所用軟管需要具有耐高溫、柔韌性好、質(zhì)量小的特點(diǎn)；
（2）水箱裝滿水時，水重：G_水=m_水g=ρVg=1×10³kg/m³×2×10^-3m³×10N/kg=20N，
掛燙機(jī)的重力：G_機(jī)=m_機(jī)g=4.6kg×10N/kg=46N，
整個掛燙機(jī)對地面的壓力：F=G_總=46N+20N=66N，
根據(jù)題意可得受力面積：S=（3cm²+2.5 cm²）×2=11cm²=1.1×10^-3m²，
燙衣機(jī)對地板的壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{66N}{1.1×1{0}^{-3}{m}^{2}}$=6×10⁴Pa；
（3）當(dāng)處于高溫檔時，總功率最大，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，總電阻最小，由圖可知，此時兩電阻并聯(lián)；
又R₁=R₂，并聯(lián)電壓相等，所以兩電阻消耗的功率相等，即P₁=P₂ ，
則高溫?fù)醯目偣β蔖_高溫=P₁+P₂=2P₁，
則P₁=$\frac{1}{2}$P_高溫=$\frac{1}{2}$×880W=440W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得發(fā)熱電阻R₁的阻值：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{1}}$=$\frac{（220V）^{2}}{440W}$=110Ω；
（4）電熱杯內(nèi)水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×0.25kg×（100℃-20℃）=8.4×10⁴J；
在沒有熱量損失的情況下，由Q_吸=W=Pt得加熱時間：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{{Q}_{吸}}{P}$=$\frac{8.4×1{0}^{4}J}{880W}$≈95.5s．
答：（1）耐高溫；
（2）水箱上滿水后如圖時蒸汽掛燙衣機(jī)對地板的壓強(qiáng)為6×10⁴Pa．
（3）發(fā)熱電阻R₁的阻值為110Ω．
（4）在無熱損失的情況下，將電熱杯內(nèi)0.25kg、20℃的水加熱到100℃需要的最短時間是95.5s．

點(diǎn)評 此題主要考查了用電器材料的選擇、壓力和壓強(qiáng)的計算、利用電功率公式進(jìn)行計算求解電阻和物質(zhì)吸熱以及電功率公式求時間，應(yīng)該熟知公式注意單位的統(tǒng)一．