Question

6．如圖是某飲水器的原理圖．飲水器的容器內(nèi)有密封絕緣的電阻絲R₁和熱敏電阻R₂，只要水平到過如圖所示的位置，接觸開關(guān)S₁就會導(dǎo)通．繼電器開關(guān)S₂的作用是當(dāng)飲水器內(nèi)的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路．

（1）已知電熱絲R₁的阻值為24.2Ω，求飲水器的正常加熱功率．
（2）當(dāng)熱水在加熱的過程中，繼電器開關(guān)中電磁鐵的右端為N極，為了使繼電器開關(guān)S₂在飲水器內(nèi)的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，R_x必須選用阻值隨溫度升高而增大的熱敏電阻．若想降低飲水器加熱的最高溫度，可將滑動變阻器R₂的滑片向右調(diào)節(jié)．
（3）已知該飲水器容積為l0L，當(dāng)只有飲水器接入電路中時(shí)，它將水從20℃加熱到l00℃用時(shí)16min，同時(shí)通過電能表觀察到飲水器消耗了1kW•h的電能．試求該飲水器加熱過程中的熱效率．（水的比熱容c=4.2×10³J/（kg•℃）；水的密度ρ=1.0×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）知道飲水器正常加熱時(shí)的電壓和電阻，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出其功率；
（2）①電磁鐵的磁極可以用安培定則判斷，右手握住螺線管，四指彎向線圈中電流的方向，則大拇指所指的就是電磁鐵的N極；
②如果希望水溫水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路時(shí)，根據(jù)電路的連接可知應(yīng)使繼電器開關(guān)S₂斷開，即電磁鐵的磁性應(yīng)減弱，根據(jù)影響電磁鐵的磁性的因素可知控制電路中電流的變化，根據(jù)歐姆定律判斷出此時(shí)熱敏電阻阻值變大，由此可判斷熱敏電阻R_x阻值與溫度的變化情況；
③若想降低飲水器加熱的最高溫度，根據(jù)控制電路中電流的變化即可判斷滑動變阻器R₂的阻值的變化；
（3）根據(jù)m=ρV求出水的質(zhì)量，又知道水的初溫和末溫、水的比熱容，利用Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出該飲水器加熱過程中的熱效率．

解答 解：（1）飲水器的正常加熱功率：
P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（220V）^{2}}{24.2Ω}$=2000W；
（2）①根據(jù)安培定則，用右手握住螺線管，使四指指向線圈中電流的方向，則大拇指所指的右端為電磁鐵的N極；
②為了使繼電器開關(guān)S₂在飲水器內(nèi)的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，停止加熱，應(yīng)減弱電磁鐵的磁性，根據(jù)影響電磁鐵的磁性的因素可知應(yīng)減小控制電路中電流，此時(shí)熱敏電阻阻值變大，所以熱敏電阻R_x阻值應(yīng)隨溫度升高而增大；
③若想降低飲水器加熱的最高溫度，即控制電路中在飲水器里水的溫度較低時(shí)，就達(dá)到使繼電器開關(guān)S₂斷開，停止加熱的目的；由于使繼電器開關(guān)S₂斷開的最小電流是一定的，則為了使控制電路中的總阻值提前達(dá)到S₂斷開的最小電流熱應(yīng)增大滑動變阻器R₂的阻值，即的滑片向右調(diào)節(jié)．
（3）水的體積：
V=10L=10dm³=0.01m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/×0.01m³=10kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×10kg×（100℃-20℃）=3.36×10⁶J，
該飲水器加熱過程中的熱效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{3.36×1{0}^{6}J}{1×3.6×1{0}^{6}J}$×100%≈93.3%．
答：（1）飲水器的正常加熱功率2000W．
（2）N；增大；右．
（3）該飲水器加熱過程中的熱效率93.3%．

點(diǎn)評 本題為電學(xué)和熱學(xué)、磁學(xué)的綜合題，涉及到電功率公式、安培定則、電磁繼電器的工作特點(diǎn)、密度公式、吸熱公式、效率公式的綜合應(yīng)用等，有一定的難度．