Question

5．某電飯鍋的內(nèi)部電路圖如圖所示，R₁是加熱電阻，阻值為48.4Ω，R₂是限流電阻，阻值為484Ω，煮飯時(shí)，接通電源（220V　50Hz），閉合手動(dòng)開(kāi)關(guān)S₁，電飯鍋處于加熱狀態(tài)．當(dāng)鍋內(nèi)實(shí)物溫度達(dá)到103℃時(shí)，開(kāi)關(guān)S₁自動(dòng)斷開(kāi)，斷開(kāi)后若無(wú)外力作用則不會(huì)自動(dòng)閉合；S₂是一個(gè)自動(dòng)溫控開(kāi)關(guān)，當(dāng)鍋內(nèi)食物溫度達(dá)到80℃時(shí)會(huì)自動(dòng)停止加熱，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)會(huì)自動(dòng)加熱保溫．已知水的比熱容為4.2×10³J/（kg•℃），請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）若接通電源后沒(méi)有閉合開(kāi)關(guān)S₁，那么電飯鍋能將飯煮熟嗎？為什么？
（2）在保溫和加熱兩種情況下，電飯鍋消耗的電功率之比是多少？
（3）若在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將溫度為20℃、質(zhì)量為2.5kg的水燒開(kāi)需要16min40s，求電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)提干中開(kāi)關(guān)S₂的工作特點(diǎn)進(jìn)行解答；
（2）閉合手動(dòng)開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，電飯鍋處于加熱狀態(tài)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出其大��；S₁、S₂斷開(kāi)時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，電飯鍋處于保溫狀態(tài)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出保溫功率，然后得出答案；
（3）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，根據(jù)W=Pt求出消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率．

解答 解：（1）若不閉合S₁，當(dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到80℃時(shí)，S₂自動(dòng)斷開(kāi)，電飯鍋進(jìn)入保溫狀態(tài)，溫度不會(huì)達(dá)到100℃，無(wú)法把飯煮熟；
（2）閉合手動(dòng)開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，電飯鍋處于加熱狀態(tài)，
則P_加熱=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{（220V）^{2}}{48.4Ω}$=1000W，
S₁、S₂斷開(kāi)時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，電飯鍋處于保溫狀態(tài)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電飯鍋的保溫功率：
P_保溫=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{48.4Ω+484Ω}$=$\frac{1000}{11}$W，
所以，P_保溫：P_加熱=$\frac{1000}{11}$W：1000W=1：11；
（3）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃，則水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×2.5kg×（100℃-20℃）=8.4×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，消耗的電能：
W=P_加熱t′=1000W×（16×60s+40s）=1×10⁶J，
電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{8.4×1{0}^{5}J}{1×1{0}^{6}J}$=84%．
答：（1）不能，因?yàn)楫?dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到80℃，S₂自動(dòng)斷開(kāi)，電飯鍋進(jìn)入保溫狀態(tài)；
（2）在保溫和加熱兩種情況下，電飯鍋消耗的電功率之比是1：11；
（3）電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率是84%．

點(diǎn)評(píng) 本題取材于我們常見(jiàn)的電飯鍋，考查了自動(dòng)溫控開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)和串聯(lián)電路的特點(diǎn)、電功率公式、吸熱公式、電功公式、效率公式的應(yīng)用，可以激發(fā)同學(xué)們對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)能了解更多的生活常識(shí)．