Question

19．如圖是某飲水器的原理圖．飲水器的容器內有密封絕緣的電熱絲R₁和熱敏電阻R_x，只要水面到達如圖所示的位置，接觸開關S₁就會導通．繼電器開關S₂的作用是當飲水器內的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路．

（1）已知定植電阻R₁和熱敏電阻R_X的電流隨電壓的變化曲線是圖乙中A、B、C中的兩條．求飲水器的正常加熱功率．
（2）為了使繼電器開關S₂在飲水器內的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，熱敏電阻RX應選擇圖乙中的C（選填“A，B，C”）．在使用過程中，發(fā)現(xiàn)飲水器內的水實際加熱到90℃就自動切斷了加熱電路，為了使水能在加熱至沸騰后才能自動切斷加熱電路，可將滑動變阻R₂的滑片向左調節(jié)．
（3）已知該飲水器裝有10L水，當只有飲水器接入電路中時，它將水從10攝氏度加熱到100攝氏度用時14分鐘，同時通過電能表觀察到飲水器消耗了1.1KW．h的電能．試求該飲水器加熱過程中的熱效率．

Answer 1

分析 （1）根據定植電阻R₁的電流與電壓的特點判斷出電阻R₁的電流隨電壓的變化曲線，然后求出阻值，P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出飲水器的正常加熱功率．
（2）如果希望水溫水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路時，根據電路的連接可知應使繼電器開關S₂斷開，即電磁鐵的磁性應減弱，根據影響電磁鐵的磁性的因素可知控制電路中電流的變化：即可根據歐姆定律判斷出此時熱敏電阻阻值變大，由此可判斷熱敏電阻R_x阻值與溫度的變化情況．
若想降低飲水器加熱的最高溫度，根據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）求出水的質量，已知水的初溫和末溫、水的比熱容，利用吸熱公式求水吸收的熱量；
知道實際消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求電磁爐效率．

解答 解：（1）由于R₁是定植電阻，則電流與電壓是成正比的，故由圖可知：變化曲線中的B為定植電阻R₁的，則R₁=$\frac{10V}{1A}$=10Ω，
則電飲水器的正常加熱功率P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{10Ω}$=4840W．
（2）如果希望水溫水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，即水沸騰時，使繼電器開關S₂斷開，停止加熱，則使繼電器開關S₂斷開，應減弱電磁鐵的磁性，根據影響電磁鐵的磁性的因素可知應減小控制電路中電流，
根據歐姆定律可知此時熱敏電阻阻值變大，所以熱敏電阻R_x阻值應隨溫度升高而變大，故選C．
若想提高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大時，再達到使繼電器開關S₂斷開，停止加熱的目的；
由于使繼電器開關S₂斷開的最小電流時一定的，則為了使控制電路中的總阻值延后達到S₂斷開的最小電流熱應減小滑動變阻器R₂的阻值，即的滑片向左調節(jié)．
（3）已知水的體積V=10L=0.01m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得水的質量為m=ρV=1×10³kg/×0.01m³=10kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×10kg×（100℃-20℃）=3.36×10⁶J；
消耗的電能W=1.1KW•h=3.96×10⁶J，
則效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{3.36×1{0}^{6}J}{3.96×1{0}^{6}J}$×100%≈84.8%．
答：（1）飲水器的正常加熱功率4840W．
（2）C；左．
（3）該飲水器加熱過程中的熱效率84.8%．

點評 本題為電功率和熱量的綜合計算，考查了熱量的計算、電能的計算、實際功率的計算，難點是繼電器電路的工作分析，主要是知道控制電路與工作電路的關系．