Question

11．如圖，電熱加濕器工作原理為：加濕器水箱中部分水通過進(jìn)水閥門進(jìn)入電熱槽中受熱至沸騰，產(chǎn)生的水蒸氣通過蒸氣擴(kuò)散裝置噴入空氣中，從而提高空氣濕度．如表是某同學(xué)設(shè)計(jì)的電熱加濕器部分參數(shù)，其發(fā)熱電路如圖所示．R₁、R₂為阻值相同的發(fā)熱電阻，1、2、3、4為觸點(diǎn)，S為旋轉(zhuǎn)型開關(guān)，實(shí)現(xiàn)關(guān)、低、高檔的轉(zhuǎn)換．  

額定電壓	220V
額定最大發(fā)熱功率	400W
水箱容積	4L
適用面積	40～60m2

（1）若加熱前水溫為20℃，電熱槽內(nèi)氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，從加熱到沸騰最短時(shí)間為7分鐘，則電熱槽中水的質(zhì)量是多少千克？[不計(jì)熱損失，C_水=4.2×10³J/（kg℃）]
（2）加濕器在低檔時(shí)的發(fā)熱功率？
（3）對(duì)于需要制冷的室內(nèi)，這種電熱加濕器會(huì)使其氣溫升高，請(qǐng)?zhí)岢鲆粭l改進(jìn)的建議．

Answer 1

分析 （1）知道電熱槽的發(fā)熱功率和加熱時(shí)間，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出電熱槽消耗的電能，不計(jì)熱損失時(shí)，水吸收的熱量和消耗的電能相等，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃，根據(jù)Q_吸=cm（t₂-t₁）求出電熱槽中水的質(zhì)量；
（2）由電路圖可知，電熱加濕器在高檔時(shí)，R₂被短路，電路中只有R₁，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出R₁的阻值，當(dāng)加濕器在低檔時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，根據(jù)電阻的串聯(lián)特點(diǎn)和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$結(jié)合R₁、R₂的阻值相同求出低檔時(shí)的發(fā)熱功率；
（3）電熱加濕器會(huì)使需要制冷的室內(nèi)氣溫升高，可以根據(jù)液體的沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)的降低而降低進(jìn)行改進(jìn)或改變加濕方式．

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，電熱槽消耗的電能：
W=Pt=400W×7×60s=1.68×10⁵J，
不計(jì)熱損失時(shí)，水吸收的熱量：
Q_吸=W=1.68×10⁵J，
因1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃，
所以，由Q_吸=cm（t₂-t₁）可得，電熱槽中水的質(zhì)量：
m=$\frac{{Q}_{吸}}{c（{t}_{2}-{t}_{1}）}$=$\frac{1.68×1{0}^{5}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×（100℃-20℃）}$=0.5kg；
（2）電熱加濕器在高檔時(shí)，R₂被短路，電路中只有R₁，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₁的阻值：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{高}}$=$\frac{（220V）^{2}}{400W}$=121Ω，
當(dāng)加濕器在低檔時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，且R₁=R₂，
所以，低檔時(shí)的發(fā)熱功率：
P_低=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{121Ω+121Ω}$=200W；
（3）電熱加濕器會(huì)使需要制冷的室內(nèi)氣溫升高，可以降低電熱槽內(nèi)氣壓來降低沸點(diǎn)或者將這種電熱加濕器換為超聲波加濕器，達(dá)到改進(jìn)的目的．
答：（1）電熱槽中水的質(zhì)量是0.5kg；
（2）加濕器在低檔時(shí)的發(fā)熱功率為200W；
（3）可以降低電熱槽內(nèi)氣壓降低水的沸點(diǎn)或者將這種電熱加濕器換為超聲波加濕器．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電功公式和吸熱公式、電阻的串聯(lián)、電功率公式的應(yīng)用等，關(guān)鍵是知道從加熱到沸騰最短時(shí)間的條件和看明白加濕器的工作特點(diǎn)，同時(shí)要注意壓強(qiáng)和沸點(diǎn)的關(guān)系．