Question

（2014·東營）無內(nèi)膽飲水機(jī)——管線機(jī)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(shí)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(jī)的額定電壓是220 V，開水加熱電功率是2 200 W，溫水加熱電功率是1 100 W.已知：電熱絲R1、R0電阻不隨溫度變化，水的比熱容c=4.2×103 J/（kg·℃），水的密度=1×103 kg/m3，g取10 N/kg.求：

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

（2）飲水機(jī)正常工作，出開水時(shí)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500 ml，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(jī)正常工作時(shí)，燒開這些水需要多少時(shí)間？

Answer 1

（1）當(dāng)選擇開關(guān)閉合時(shí)，電阻R1短路，電路中的總電阻小，由公式P=U2/R可知，電熱器的功率大，出開水.當(dāng)選擇開關(guān)斷開時(shí)，電阻R1、R0串聯(lián)，電路中的總電阻大，由公式P=U2/R可知，電熱器的功率小，出溫水.

（2）出開水時(shí)，電熱絲中的電流

I開=P開/U=2 200 W/220 V=10 A，

電熱絲R0=U/I開=220 V/10 A=22 Ω.

（3）水吸收的熱量Q吸= cmΔt=4.2×103 J/（kg·℃）×500×10-6×1×103 kg×（100 ℃－20 ℃）=1.68×105 J，

產(chǎn)生這些熱量所需的電能

W=Q吸/η=168 000 J/80%=2.1×105 J，

飲水機(jī)工作時(shí)間

t=W/P=2.1×105 J/2 200 W=95.5 s.