Question

11．如圖甲所示，是某種電熱飲水機(jī)的簡(jiǎn)化電路示意圖．圖乙是它的有關(guān)參數(shù)．它有加熱和保溫兩種工作狀態(tài)（由機(jī)內(nèi)溫控開關(guān)S₀自動(dòng)控制），試問(wèn)：

（1）飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)時(shí)溫控開關(guān)S₀應(yīng)處于斷開狀態(tài)？（填“斷開”或“閉合”）
（2）R₁的電阻值是多大？
（3）在用電高峰期，該飲水機(jī)的實(shí)際工作電壓只有200V，加熱效率為80%，若將裝滿水箱的水從20℃加熱至100℃，需要多長(zhǎng)時(shí)間？（c_水=4.2×10³J/（kg•℃），ρ=1.0×10³kg/m³，忽略溫度對(duì)電阻的影響）

Answer 1

分析 （1）分析開關(guān)閉合（只有R₁）和斷開時(shí)（兩電阻串聯(lián)）的電路組成及電阻關(guān)系，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析哪種情況電功率大，電功率大的為加熱狀態(tài)，電功率小的為保溫狀態(tài)；
（2）當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，由電功率公式的變形公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出電阻阻值．
（3）由電功率公式求出熱水器的實(shí)際功率，由熱量公式求出水所吸收的熱量，根據(jù)加熱效率求出需要消耗的電能，最后由功率公式的變形公式求出加熱時(shí)間．

解答 解：（1）由電路圖可知，開關(guān)S₀斷開時(shí)兩電阻串聯(lián)，電路電阻較大，開關(guān)S₀閉合時(shí)，只有電阻R₁接入電路，電阻R₂被短路，此時(shí)電路電阻較小，電源電壓U一定，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電阻越大，電路功率越小，電阻越小，飲水機(jī)功率越大，因此當(dāng)開關(guān)S₀斷開時(shí)，電路阻值較大，電功率較小，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)．
（2）當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)，只有電阻R₁接入電路，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電阻阻值：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{1210W}$=40Ω；
（3）飲水機(jī)加熱狀態(tài)的實(shí)際功率：
P_實(shí)=$\frac{{U}_{實(shí)際}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{（200V）^{2}}{40Ω}$=1000W，
由ρ=$\frac{m}{V}$可知，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×1.5×10^-3m³=1.5kg，
由公式：P_實(shí)t×η=cm△t可知，加熱時(shí)間：
t=$\frac{{c}_{水}m△t}{{P}_{實(shí)}η}$=$\frac{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×1.5kg×（100℃-20℃）}{1000W×80%}$=630s．
答：（1）飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)時(shí)溫控開關(guān)S₀應(yīng)處于斷開狀態(tài)．
（2）R₁的電阻值是40Ω．
（3）裝滿水箱的水從20℃加熱至100℃，需要630s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)實(shí)際用電器電功率的分析以及運(yùn)用電功率公式結(jié)合歐姆定律計(jì)算相關(guān)物理量的能力，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定拔高難度．