Question

3．電水壺在1891年誕生于芝加哥．隨著科技的發(fā)展，快捷、安全、便利、充分利用能源日漸成為了水壺的主要特點(diǎn)，到了二十一世紀(jì)便成為全球的暢銷品．電水壺具有水沸騰后自動(dòng)斷電、防干燒斷電的功能．電水壺工作電路如圖所示，其中S是雙金屬溫控開關(guān)，R₁是電熱管，當(dāng)電水壺處于加熱狀態(tài)時(shí)，水被迅速加熱，達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，S自動(dòng)切換到另一處，處于保溫狀態(tài)．
（1）小明發(fā)現(xiàn)將壺蓋打開燒水，水燒開后電水壺將不會(huì)自動(dòng)斷電，說(shuō)明溫控開關(guān)是依靠水蒸氣感溫，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化．
（2）A、B是兩種不同顏色的燈，紅色表示加熱，黃色表示保溫，則A燈為紅色．
（3）若在加熱狀態(tài)時(shí)，R₁阻值為55Ω．壺中1kg水，初溫25℃，把這些水加熱到100℃所需時(shí)間為10min，則該電熱水壺的效率為多少（不計(jì)指示燈電阻，計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意分析，水沸騰時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣使雙金屬溫控開關(guān)S自動(dòng)切換到另一處，處于保溫狀態(tài)；
如果將壺蓋打開燒水，雙金屬溫控開關(guān)S失效，水燒開后電水壺將不會(huì)自動(dòng)斷電；
（2）當(dāng)S接A時(shí)，只有電阻R₁，接B時(shí)兩電阻R₁、R₂串聯(lián)，電源電壓不變，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路功率的大小；
（3）根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，由W=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$t求出電水壺消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出電熱水壺的效率．

解答 解：（1）將壺蓋蓋上燒水時(shí)，水沸騰時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣使雙金屬溫控開關(guān)S自動(dòng)切換到另一處，使電熱水壺處于保溫狀態(tài)；
如果將壺蓋打開燒水，水沸騰時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣不能使雙金屬溫控開關(guān)S自動(dòng)切換到另一處，水燒開后電水壺將不會(huì)自動(dòng)斷電，
說(shuō)明溫控開關(guān)是依靠水蒸氣感溫，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化．
（2）根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路中的電阻越大，電功率越小，所以兩電阻串聯(lián)時(shí)電功率小，電水壺處于保溫狀態(tài)；
當(dāng)開關(guān)接A時(shí)，電路中只有電阻R₁，電功率較大，所以電水壺處于加熱狀態(tài)，則A燈為紅色．
（3）水吸收的熱量Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×1kg×（100℃-25℃）=3.15×10⁵J，
加熱時(shí)間t=10min=600s，
電水壺消耗的電能W=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$t=$\frac{（220V）^{2}}{55Ω}$×600s=5.28×10⁵J，
則該電熱水壺的效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{3.15×1{0}^{5}J}{5.28×1{0}^{5}J}$×100%≈59.7%．
答：（1）水蒸氣；      
（2）紅；       　 
（3）該電熱水壺的效率為59.7%．

點(diǎn)評(píng) 本題取材于我們常見的電水壺，考查了熱量的計(jì)算、串聯(lián)電路的特點(diǎn)、電功率公式的靈活運(yùn)用及效率的計(jì)算等，知識(shí)點(diǎn)多，聯(lián)系實(shí)際生活，屬于中考常見題型，會(huì)判斷開關(guān)在不同位置時(shí)電路的連接情況和對(duì)應(yīng)的電功率是關(guān)鍵．