Question

如圖所示是家庭、賓館常用的電熱水壺及其電路原理圖．電熱水壺最多能裝1L的水，有加熱和保溫兩個(gè)檔，定值電阻R₁的阻值為2156Ω，電熱絲R₂的阻值為44Ω．（1）開(kāi)關(guān)S₁、S₂分別處于什么狀態(tài)時(shí)，電熱水壺處于加熱狀態(tài)？此時(shí)電熱水壺的電功率是多少？
（2）在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將一壺30℃的水燒開(kāi)需要5分鐘．則燒開(kāi)這壺水消耗的電能是多少？在這次燒水中，電能轉(zhuǎn)化為熱的效率是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)公式P=可知，電阻越小，電功率越大；當(dāng)開(kāi)S₁閉合、S₂斷開(kāi)時(shí)，兩電阻串聯(lián)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S₂閉合時(shí)，只有R₁工作；根據(jù)P=求出電熱水壺加熱狀態(tài)的電功率．
（2）根據(jù)W=Pt求出燒開(kāi)這壺水消耗的電能，根據(jù)Q=cm△t求出吸收的熱量，吸收的熱量與消耗的電能的比值就是電飯鍋把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率．
解答：解：（1）當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁、S₂都閉合時(shí)，只有R₁工作，電路電阻最小，功率最大，
所以此時(shí)電熱水壺處于加熱狀態(tài)；
此時(shí)電熱水壺的電功率為P_加熱===1100W．
（2）燒開(kāi)這壺水消耗的電能為W=Pt=1100W×300S=3.3×10⁵J，
水的質(zhì)量為m=ρV=1.0×10³kg/m³×1×10^-3m³=1kg，
吸收的熱量為Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×1kg×（100℃-30℃）=2.94×10⁵J
電能轉(zhuǎn)化為熱的效率為η==≈89%．
答：（1）S₁、S₂都閉合時(shí)電熱水壺處于加熱狀態(tài)；電熱水壺的加熱功率為1100W；
（2）燒開(kāi)這壺水消耗的電能為3.3×10⁵J；電能轉(zhuǎn)化為熱的效率約為89%．
點(diǎn)評(píng)：本題考查電功率、吸收熱量、消耗電能、轉(zhuǎn)化效率等的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是知道開(kāi)關(guān)斷開(kāi)與閉合時(shí)電路的連接情況，解題過(guò)程中要注意單位的換算．