Question

5．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的導線和電熱鍋的金屬外殼相連．
（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，原因可能是保溫功率小于（或等于）散熱功率．
（3）該電熱鍋處于高溫檔正常工作時，使4.5L的水溫度升高54℃需要42min，那么電熱鍋的效率為多少？[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

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)生的熱量小于散失的熱量，不能使水溫升高，不能使水沸騰．
（3）電熱鍋處于高溫檔正常工作（高溫加熱）時，知道加熱功率和加熱時間，利用W=Pt求消耗的電能（總能量）；又知道水的質(zhì)量、水溫度的升高值，利用吸熱公式求水吸收的熱量（有用能量）；再利用效率公式求電熱鍋的效率．

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）由圖提供的信息知道R₁＞R₂，根據(jù)電功率公式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，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)生的熱量小于散失的熱量，不能使水溫升高．
（3）V=4.5L=4.5×10^-3m³，
m=ρV=1.0×10³kg/m³×4.5×10^-3m³=4.5kg，
水吸收的熱量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×4.5kg×54℃=1.0206×10⁶J，
加熱功率P=500W，工作42min消耗電能：
W=Pt=500W×42×60s=1.26×10⁶J，
η=$\frac{Q}{W}$×100%=$\frac{1.0206×1{0}^{6}J}{1.26×1{0}^{6}J}$×100%=81%．
答：（1）電熱鍋的金屬外殼；
（2）3；保溫功率小于（或等于）散熱功率；
（3）電飯鍋的效率為81%．

點評 本題是一道電學與熱學的綜合應用題，與實際生活相聯(lián)系，使學生覺得學了物理有用，加強安全意識，注意計算時的單位換算要正確．