Question

李佳同學(xué)家里的電熱飲水機(jī)有加熱和保溫兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)輪流工作，完全由溫控開關(guān)S₀自動控制：當(dāng)膽內(nèi)水的溫度被加熱到90℃時，加熱狀態(tài)就停止而進(jìn)入保溫狀態(tài)；當(dāng)膽內(nèi)水的溫度降到60℃時，加熱狀態(tài)就啟動．李佳同學(xué)通過觀察還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)膽內(nèi)裝有1kg的水時，飲水機(jī)的加熱狀態(tài)每次只啟動5min就停止．問：
（1）請畫出電熱飲水機(jī)的工作原理圖，R₁=1210?，R₂=100?．
（2）溫控開關(guān)S₀在什么狀態(tài)（斷開或閉合）時，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)？這時飲水機(jī)的電功率是多少？
（3）在加熱狀態(tài)中，飲水機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能的效率是多少？（已知水的比熱容是C_水=4.2×10³J/（kg?℃）
（4）李佳覺得這種電熱飲水機(jī)總是處于加熱和保溫兩種狀態(tài)輪流工作很浪費電能，請你就此現(xiàn)象提出節(jié)能措施．

Answer 1

分析：（1）由P=

U2

R

可知，在電壓U一定時，電阻R大，電功率越小，因此電熱飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)時，
大電阻接入電路，可以讓兩電阻并聯(lián)，溫控開關(guān)與阻值較小的R₂串聯(lián)，據(jù)此設(shè)計電路．
（2）根據(jù)電路圖及電功率公式分析答題；由電功率公式求出保溫時的功率．
（3）求出水吸收的熱量，求出加熱狀態(tài)時電熱飲水機(jī)產(chǎn)生的熱量，然后由效率公式求出電熱飲水機(jī)的效率．
（4）加熱完畢關(guān)閉開關(guān)，可以節(jié)約電能，避免浪費．

解答：解：（1）由P=

U2

R

可知，在電壓U一定時，電阻R大，電功率越小，因此電熱飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)時，因此飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)時，電阻R₂接入電路，處于加熱狀態(tài)時，兩電阻可以并聯(lián)接入電路，電路圖如圖所示．
（2）由電路圖可知，溫控開關(guān)S₀斷開時，只有電阻R₁接入電路，此時飲水機(jī)功率小，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)；飲水機(jī)的功率：P_保溫=

U2

R1

=

(220V)2

1210Ω

=40W；
（3）加熱時，水吸收的熱量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×1kg×（90℃-60℃）=1.26×10⁵J，
飲水機(jī)消耗的電能W=Pt=（

U2

R1

+

U2

R2

）t=（

(220V)2

1210Ω

+

(220V)2

100Ω

）×300s=1.572×10⁵J，
飲水機(jī)的效率η=

Q

W

×100%=

1.26×105J

1.572×105J

×100%≈80%；
（4）為了避免反復(fù)加熱而浪費能量，可以在加熱結(jié)束后關(guān)閉飲水機(jī)電源．
答：（1）電路圖如圖所示．
（2）溫控開關(guān)S₀在什么狀態(tài)斷開時，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，此時功率是40W．
（3）飲水機(jī)加熱時的效率是80%．
（4）為了避免反復(fù)加熱而浪費能量，可以在加熱結(jié)束后關(guān)閉飲水機(jī)電源．

點評：熟練應(yīng)用電功率公式、并聯(lián)電路特點、熱量公式即可正確解題；本題的難點是設(shè)計電路圖．