Question

某電開水器的結構如圖甲所示（剖面圖），簡化的內部電路如圖乙所示，進水管管口的閥門由輕質浮子1和與它們相連的兩根輕質硬桿控制，只有進水管中的水壓在正常范圍內，冷水箱和煮水箱中的水位就比出水管管口低，冷水不會從出水管流出。當冷水箱中的水位達到一定高的時，浮子2浮起，會觸動單刀三擲開關S1，煮水電熱管R1通電發(fā)熱，冷水被煮沸，水面升高，開水就從出水管進入貯水箱，當貯水箱中水位達到一定高度時，浮子3浮起，又會觸動單刀三擲開關S1，煮水暫停，一旦貯水箱中水溫下降使溫控開關S2閉合，保溫電熱管R2就會通電發(fā)熱，開水處于保溫狀態(tài)。

（1）已知煮水電熱管R1的阻值為12.1Ω，保溫電熱管R2的阻值為48.4Ω，求電開水器的最大發(fā)熱功率。

（2）圖甲中，當浮子1上升到最高處后，它的最上端恰好和出水管管口相平，閥門就會將進水管管口關閉，此時AC桿沿豎直方向。已知浮子1的體積V=2.5×10^-4m?，進水管管口和閥門的橫截面積S均為1×10^-4m?（不計閥門的質量、管壁的厚度及兩者之間的摩擦）；BO∶BA=20∶1（O為輕質浮子1的球心、A為兩輕質硬桿的相交處，B為輕質硬桿BO的轉軸），水箱內水面上方的氣壓P0=1×10⁵Pa。為了不讓冷水直接進入貯水箱，進水管管口閥門的上表面受到的壓強不能超過多少Pa?

Answer 1

（1）當只有R1工作時，發(fā)熱功率最大

所以P=U²/R1=（220V）²/12.1Ω

     =4000W .

(2)由題意可知：為了不讓冷水直接進入貯水箱，當浮子1恰好與出水管相平時且浸沒時受到的壓強最大：

   此時受到的浮力F浮=ρ水gV

         =1.0×10³Kg/m³  ×10N/kg  ×2.5×10^-4m³        =2.5N

   則A點受到的最大壓力為FAC=F浮×BO/BA =50N

   由于上下都受到大氣壓的作用，所以閥門上表面受到的壓強為

P_最大=F/S= （F_AC+F_大氣）/S  =(50N+1.0×10⁵Pa×1×10^-4m²)/1×10^-4m²

   =6×10⁵pa