Question

如圖甲是一種常見的電熱水袋，其性能指標如表：

額定電壓	額定加熱功率	指示燈功率	袋內充水	自動斷電溫度
220V	700W	≤0.2W	1kg	80℃

（1）圖乙是它的結構示意圖，為了使用安全，電熱水袋在用電加熱到一定溫度時溫控開關S會自動切斷電路，與此同時專用插頭上的紅色指示燈L會熄滅起提示作用．紅色指示燈L的電阻比發(fā)熱體的電阻R要________（選填“大”或“小”）得多．

（2）溫控開關S的內部結構如圖所示：雙金屬片由兩層不同金屬粘合而成，受熱時二者膨脹的快慢不同，金屬層________（填“a”或“b”）膨脹較快，達到一定溫度時，雙金屬片向上拱起，從而切斷電路．如果溫控開關失靈，水溫超過預定溫度而不切斷電源，熱水袋會因內部壓強過高而爆炸．為了更加安全，有的電熱水器里使用雙重溫控開關保護，也就是把兩個溫控開關________起來使用．（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)）

（3）當熱水袋原來的溫度是10℃時，在額定電壓下加熱10min指示燈就熄滅了，試求該電熱水袋的效率．[c_水=4.2×10³J/（kg?℃）]．

Answer 1

解：（1）由圖可見，紅色指示燈L和發(fā)熱體R是并聯(lián)的，兩端電壓相等，發(fā)熱體的功率要比指示燈的功率大得多，根據(jù)電功率的計算P=，在電壓U相等的情況下，功率P大的，電阻R反而小，因此發(fā)熱體的電阻要小于指示燈的電阻；
（2）雙金屬片受熱時二者膨脹的快慢不同，金屬層b膨脹較快，達到一定溫度時，雙金屬片向上拱起，從而切斷電路；
因為電熱水袋里使用雙重溫控開關，也就是說只有這兩個開關都閉合時，電熱袋才可以工作，因此這兩個開關是串聯(lián)的；
（3）1kg水溫度從10℃升高到80℃吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×1kg×（80℃-10℃）=2.94×10⁵J；
消耗的電能：
W=Pt=700W×10×60s=4.2×10⁵J，
則該電熱水袋的發(fā)熱效率：
η===70%．
答：（1）大；
（2）b；串聯(lián)；
（3）該電熱水袋的效率為70%．
分析：（1）由圖可知，紅色指示燈L和發(fā)熱體R是并聯(lián)的，兩電阻兩端的電壓相等，根據(jù)公式P=分析兩電阻阻值的大��；
（2）由工作原理結合圖可知雙金屬片的金屬層哪側膨脹較快，兩開關串聯(lián)時相互影響、必須都閉合電路才能工作，兩開關并聯(lián)時互不影響，閉合任何一個都能使電路工作；
（3）知道水溫度的變化和質量，根據(jù)熱量的計算公式Q_吸=cm△t計算出水吸收的熱量，再根據(jù)W=Pt計算出消耗的電能，利用η=就可以求出電熱水袋的效率．
點評：本題考查了熱量的計算和效率的計算以及開關串并聯(lián)的辨別，關鍵是會分析物體熱脹冷縮和溫度的關系，考查了學生提取有用信息的能力，是一道好題．