Question

11．某款家用蒸汽掛燙衣機(jī)（圖甲）的工作原理簡(jiǎn)圖如圖乙所示，R₁、R₂為阻值相同的發(fā)熱電阻，1、2、3、4為觸點(diǎn)，S₂為旋轉(zhuǎn)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)關(guān)、低檔、高檔的轉(zhuǎn)換．水箱中一部分水通過(guò)進(jìn)水閥門進(jìn)入電熱杯加熱至沸騰，產(chǎn)生的水蒸氣通過(guò)蒸汽軟管從蒸汽噴頭噴出，從而熨燙衣服．為了便于移動(dòng)，它底部裝有四個(gè)輪子，其一個(gè)大輪子與地面的接觸面積為3cm²，一個(gè)小輪子與地面的接觸面積為2.5cm²．蒸汽掛燙衣機(jī)部分參數(shù)如表．請(qǐng)解答：

高檔發(fā)熱功率	880W
額定電壓	220V
水箱容積	2L
掛燙機(jī)凈重	4kg

（1）用來(lái)制作蒸汽軟管的材料應(yīng)具有什么樣的物理特點(diǎn)或性質(zhì)？請(qǐng)寫出兩點(diǎn)①密度小，質(zhì)量輕  ②②耐高溫，易彎折（耐腐蝕，經(jīng)久耐用）
（2）水箱上滿水后如圖時(shí)蒸汽掛燙衣機(jī)對(duì)地板的壓強(qiáng)．
（3）發(fā)熱電阻R₁的阻值．
（4）在無(wú)熱損失的情況下，將電熱杯內(nèi)0.25kg、20℃的水加熱到100℃需要的最短時(shí)間是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)使用要求和所處環(huán)境分析材料特點(diǎn)；
（2）水箱上滿水后蒸汽掛燙衣機(jī)對(duì)地板的壓力等于水的重力加上掛燙機(jī)的重力，已知它底部裝有四個(gè)輪子，其一個(gè)大輪子與地面的接觸面積為3cm²，一個(gè)小輪子與地面的接觸面積為2.5cm²．可求得總面積，再利用p=$\frac{F}{S}$可求得蒸汽掛燙衣機(jī)對(duì)地板的壓強(qiáng)；
（3）當(dāng)處于高溫檔位時(shí)，兩個(gè)電阻并聯(lián)，當(dāng)電阻相等，在電壓相等時(shí)，功率相等，利用高檔位電功率求出R₁的功率，最后利用R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出電阻；
（4）利用水的吸熱公式求出水吸收的熱量，結(jié)合Q=W與t=$\frac{W}{P}$求出時(shí)間．

解答 解：
（1）因?yàn)槔�用熱的水蒸氣工作，所以所用軟管需要具有耐高溫、柔韌性好、質(zhì)量小的特點(diǎn)；
（2）水箱上滿水時(shí)，水的重：G_水=mg=ρVg=1×10³kg/m³×2×10^-3m³×10N/kg=20N，
掛燙機(jī)的重力：G_機(jī)=mg=4kg×10N/kg=40N，
整個(gè)掛燙機(jī)對(duì)地面的壓力：F=G_總=40N+20N=60N，
根據(jù)題意可得受力面積：S=（3cm²+2.5 cm²）×2=1.1×10^-3m²，
燙衣機(jī)對(duì)地板的壓強(qiáng)：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{60N}{1.1×1{0}^{-3}{m}^{2}}$=5.45×10⁴Pa．
（3）當(dāng)燙衣機(jī)處于高溫檔時(shí)，兩電阻并聯(lián)，又R₁=R₂，
故P_高=P₁+P₂=2P₁，則P₁=$\frac{1}{2}$P_高=$\frac{1}{2}$×880W=440W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得發(fā)熱電阻R₁的阻值為：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{1}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{440W}$=110Ω；
（4）水從20℃加熱到100℃吸收的熱量為：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×0.25kg×（100℃-20℃）=8.4×10⁴J；
由Q=W=Pt得：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{Q}{P}$=$\frac{8.4×1{0}^{4}J}{880W}$≈95.5s．
答：（1）①密度小，質(zhì)量輕；②耐高溫，易彎折（ 耐腐蝕，經(jīng)久耐用）        
（2）水箱上滿水后如圖時(shí)蒸汽掛燙衣機(jī)對(duì)地板的壓強(qiáng)為5.45×10⁴Pa．
（3）發(fā)熱電阻R₁的阻值為110Ω．
（4）在無(wú)熱損失的情況下，將電熱杯內(nèi)0.25kg、20℃的水加熱到100℃需要的最短時(shí)間是95.5s．

點(diǎn)評(píng) 此題主要考查了用電器材料的選擇、利用電功率公式進(jìn)行計(jì)算求解電阻和物質(zhì)吸熱以及電功率公式求時(shí)間，應(yīng)該熟知公式注意單位的統(tǒng)一．