Question

11．如圖所示，是家用保溫式電壓力鍋和它的電路原理圖，S是手動、溫控一體開關(guān)--必須用外力按下才能閉合，但當(dāng)鍋底溫度達(dá)到大約103℃以上時(shí)，會自動彈起斷開進(jìn)入保溫狀態(tài)．已知R₂=792Ω，電飯鍋的額定加熱功率為550W．

額定電壓	220V
額定頻率	50Hz
容積	3L
額定功率	550W
電熱效率	84%

（1）電壓力鍋內(nèi)的水可以加熱到103℃才沸騰，是因?yàn)橐后w表面的氣壓增大使液體的沸點(diǎn)升高．
（2）當(dāng)電壓力鍋處于保溫狀態(tài)時(shí)，保溫功率是多大？
（3）當(dāng)電壓力鍋處于正常加熱狀態(tài)時(shí)，將2kg的水從20℃加熱到75℃需要多少時(shí)間？

Answer 1

分析 （1）液體的沸點(diǎn)與氣壓有關(guān)，氣壓越大沸點(diǎn)越高；
（2）當(dāng)S閉合時(shí)，電阻R₂被短路，此時(shí)電路消耗的功率為P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$；當(dāng)S斷開時(shí)，兩只電阻串聯(lián)，電路消耗的功率為P′=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$．比較P和P′大小確定兩種情況對應(yīng)的工作狀態(tài)，進(jìn)一步確定保溫功率的大�。�
（3）已知水的比熱容、質(zhì)量、初溫度和末溫度，可以得到水吸收的熱量；已知壓力鍋的電熱效率和需要的熱量，可以得到消耗的電能；已知消耗的電能和加熱功率，可以得到工作時(shí)間．

解答 解：
（1）液體沸點(diǎn)隨氣壓的增大而升高，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)是100℃，當(dāng)表面氣壓大于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，水的沸點(diǎn)會高于100℃，達(dá)到103℃；
（2）當(dāng)S閉合時(shí)，電阻R₂被短路，電路消耗的功率為P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$；
當(dāng)S斷開時(shí)，兩只電阻串聯(lián)，電路消耗的功率為P′=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$，
因?yàn)镻＞P′，所以S閉合時(shí)為加熱狀態(tài)，
因?yàn)镻=$\frac{{U}^{2}}{R}$，
所以R₁的阻值為R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{550W}$=88Ω，
當(dāng)S斷開時(shí)，壓力鍋的保溫功率為P_保溫=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{88Ω+792Ω}$=55W；
（3）水吸收的熱量為Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×2kg×（75℃-20℃）=4.62×10⁵J；
因?yàn)棣?$\frac{Q}{W}$，
所以消耗的電能為W=$\frac{Q}{η}$=$\frac{4.62×1{0}^{5}J}{84%}$=5.5×10⁵J；
因?yàn)镻=$\frac{W}{t}$，
所以電壓力鍋正常工作時(shí)間為t=$\frac{W}{P}$=$\frac{5.5×1{0}^{5}J}{550W}$=1000s．
答：（1）液體表面的氣壓；
（2）保溫功率為55W；
（3）壓力鍋工作時(shí)間為1000s．

點(diǎn)評 此題是一道綜合應(yīng)用題，考查的知識點(diǎn)較多，包括液體沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系、熱量計(jì)算公式、效率計(jì)算公式、串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律和電功率計(jì)算公式，讀懂題意，確定開關(guān)開合對應(yīng)的電路工作狀態(tài)，是解答此題的基礎(chǔ)．