Question

15．圖甲是一種常見的電熱水袋，圖乙是它的結(jié)構(gòu)示意圖．為了使用安全，電熱水袋在用電加熱到一定溫度時(shí)溫控開關(guān)S會(huì)自動(dòng)切斷電路，與此同時(shí)專用插頭上的紅色指示燈L會(huì)熄滅起提示作用．

（1）電熱水袋里面一般用水作儲(chǔ)能物質(zhì)，除了水容易獲得、成本低廉的原因外，還有一個(gè)重要原因是水的比熱容大．
（2）溫控開關(guān)S的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖丙所示：雙金屬片由兩層不同金屬粘合而成，受熱時(shí)二者膨脹的快慢不同，金屬層a（填“a”或“b”）膨脹較快，達(dá)到一定溫度時(shí)，雙金屬片向上拱起，從而切斷電路．如果溫控開關(guān)失靈，水溫超過(guò)預(yù)定溫度而不切斷電源，熱水袋會(huì)因內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)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(guān)保護(hù)，也就是把兩個(gè)溫控開關(guān)串聯(lián)起來(lái)使用．
（3）某電熱水袋的性能指標(biāo)如下表，當(dāng)熱水袋原來(lái)的溫度是10℃時(shí)，在正常電壓下加熱10min指示燈就熄滅了，試求該電熱水袋的效率？

額定電壓	額定加熱功率	指示燈功率	袋內(nèi)充水	自動(dòng)斷電溫度
220V	700W	≤0.2W	1L	80℃

Answer 1

分析 （1）水的比熱容大：相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，吸收或放出相同的熱量，水的溫度升高或降低的少；升高或降低相同的溫度，水吸收或放出的熱量多；
（2）根據(jù)圖示和使用過(guò)程判斷；
（3）知道水的體積，利用密度公式求水的質(zhì)量，知道水溫度的變化，根據(jù)熱量的計(jì)算公式Q_吸=cm△t計(jì)算出水吸收的熱量；再根據(jù)W=Pt計(jì)算出消耗的電能，根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$就可以求出電熱水袋的發(fā)熱效率．

解答 解：
（1）因?yàn)樗�的比熱容較大，降低相同的溫度，水放出的熱量多，所以電熱水袋里面一般用水作儲(chǔ)能物質(zhì)；
（2）雙金屬片受熱時(shí)二者膨脹的快慢不同，金屬層a膨脹較快，達(dá)到一定溫度時(shí)，雙金屬片向上拱起，從而切斷電路；
因?yàn)殡姛崴�袋里使用雙重溫控開關(guān)，也就是說(shuō)只有這兩個(gè)開關(guān)都閉合時(shí)，電熱袋才可以工作，因此這兩個(gè)開關(guān)是串聯(lián)的；
（3）熱水袋中的水的質(zhì)量：
m=ρV=1000kg/m³×1×10^-3m³=1kg，
溫度從10℃升高到80℃，此過(guò)程中水吸收的熱量是：
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)熱效率為η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$=$\frac{2.94×1{0}^{5}J}{4.2×1{0}^{5}J}$=70%．
故答案為：（1）水的比熱容大；（2）a，串聯(lián)；（3）該電熱水袋的效率為70%．

點(diǎn)評(píng) 本題由電熱水袋入手考查相關(guān)的物理知識(shí)，尤其是最后一問(wèn)求發(fā)熱袋的效率是解題的難點(diǎn)，關(guān)鍵是對(duì)公式的靈活運(yùn)用．