Question

12．如圖是一種煲湯用的電熱鍋工作原理圖，其中溫控器的作用是在標準氣壓下每當水沸騰后能自動斷電一段時間．電熱鍋的部分參數(shù)如表所示．

容積	4.5L
額定電壓	220V
保溫功率	80W
加熱功率	500W

（1）三腳插頭上標著E的導線和電飯鍋的金屬外殼相連，插座上相應的導線和大地相連．
（2）調(diào)節(jié)切換開關(guān)可以使電熱鍋處于“關(guān)、高溫、自動、保溫”四種工作狀態(tài)，則原理圖中的切換開關(guān)連接觸點“3”時為保溫檔．小明發(fā)現(xiàn)，當電熱鍋處于保溫檔正常工作時，不論加熱多長時間，都不能使鍋內(nèi)的湯水沸騰，原因可能是電流產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量．
（3）該電熱鍋處于高溫檔正常工作時，使4L25℃的水由燒開，用了50min，那么電熱鍋的效率為多少？[c_水=4.2×10³J/（kg•℃），設當時鍋內(nèi)氣壓為1個標準大氣壓]．

Answer 1

分析 （1）電飯鍋使用三腳插頭，E導線和電飯鍋的金屬外殼相連，插入插座時，與大地連接，當用電器漏電時，人接觸用電器，人被接地導線短路，即使接觸了漏電的用電器也不會發(fā)生觸電事故；
（2）由電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電壓不變的條件下，電阻越大，電功率越小，電功率小的時候處于保溫狀態(tài)，據(jù)此判斷哪一個為保溫檔；當電熱鍋處于保溫檔正常工作時，此時的電功率太小，產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量，不能使水溫升高，不能使水沸騰；
（3）知道水的體積，根據(jù)m=ρV求出水的質(zhì)量，又知道水溫度的變化量和比熱容，根據(jù)Q_吸=cm△t求出水吸收的熱量，電熱鍋處于高溫檔正常工作時的功率和額定功率相等，根據(jù)W=Pt求出消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出電熱鍋的效率．

解答 解：
（1）E導線和電飯鍋的金屬外殼相連，插入插座時，與大地連接；
（2）由圖可知，R₁＞R₂，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，
當U不變時，電阻越小，功率越大，故當開關(guān)連接觸點3時，只有R₁接入電路中，電阻大，消耗的電功率最小，處于保溫保溫狀態(tài)；
當電熱鍋處于保溫檔正常工作時，不論加熱多長時間，都不能使鍋內(nèi)的湯水沸騰，原因是電流產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量，不能使水溫升高；
（3）水的體積：V=4L=4dm³=4×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×4×10^-3m³=4kg，
則水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×4kg×（100℃-25℃）=1.26×10⁶J，
由表格數(shù)據(jù)可知，加熱功率500W，由P=$\frac{W}{t}$可得消耗的電能：
W=Pt=500W×50×60s=1.5×10⁶J，
電熱鍋的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{1.26×1{0}^{6}J}{1.5×1{0}^{6}J}$×100%=84%．
答：（1）電飯鍋的金屬外殼；大地；（2）3；電流產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量；（3）電熱鍋的效率為84%．

點評 本題是一道電學與熱學的綜合應用題，考查了安全用電知識、密度、熱量、功以及效率的計算公式的應用．與實際生活相聯(lián)系，使學生覺得學了物理有用，注意計算時的單位換算要正確．