Question

（2014•東營）無內(nèi)膽飲水機﹣﹣管線機的電路原理如圖，電熱絲R₁、R₀繞在出水管上，水經(jīng)過出水管時被加熱，通過改變“溫、開水選擇開關(guān)”的狀態(tài)（“斷開”或“閉合”），可以選擇出溫水或開水．該管線機的額定電壓是220V，開水加熱電功率是2200W，溫水加熱電功率是1100W．已知：電熱絲R₁、R₀電阻不隨溫度變化，水的比熱容c=4.2×10³J/（kg•℃），水的密度ρ=1×10³kg/m³，取g=10N/kg．問：

（1）“溫、開水選擇開關(guān)”的狀態(tài)和出溫水、開水的對應(yīng)關(guān)系如何？

（2）飲水機正常工作，出開水時電熱絲中的電流是多少？電熱絲R₀的電阻是多少？

（3）現(xiàn)在需要100℃的開水500mL，已知水的初溫是20℃，水需要吸收多少熱量？如果電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能的效率是80%，飲水機正常工作時，燒開這些水需要多少時間？

Answer 1

           解：（1）當開關(guān)S閉合時，只有電阻R₀接入電路；由P=可知，此時飲水機處于加熱狀態(tài)；

當開關(guān)S斷開時，電阻R₁和R₀串聯(lián)接入電路，此時飲水機處于保溫狀態(tài)．

（2）根據(jù)題意可知，P_加=2200W，由P=UI可知，飲水機出開水時電熱絲中的電流：I===10A．

飲水機處于加熱狀態(tài)時，只有電阻R₀接入電路，由P=可知，R₀===22Ω，

（3）由ρ=可知，水的質(zhì)量：m=ρV=1.0×10³kg/m³×500×10^﹣6m³=0.5kg；

水吸收的熱量：Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×0.5kg×（100℃﹣20℃）=1.68×10⁵J；

由η=可得，W===2.1×10⁵J；

由W=Pt可知，t==≈95.45s．

答：（1）當開關(guān)S閉合時，只有電阻R₀接入電路；此時飲水機處于加熱狀態(tài)；

當開關(guān)S斷開時，電阻R₁和R₀串聯(lián)接入電路，此時飲水機處于保溫狀態(tài)．

（2）飲水機正常工作，出開水時電熱絲中的電流是10A；電熱絲R₀的電阻是22Ω；

（3）現(xiàn)在需要100℃的開水500mL，已知水的初溫是20℃，水需要吸收了1.68×10⁵J的熱量；

如果電能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能的效率是80%，飲水機正常工作時，燒開這些水需要的時間為95.45s．