Question

4．小華家里的電熱飲水機有加熱和保溫兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)輪流工作，完全由溫控開關S₀自動控制：當膽內(nèi)水的溫度被加熱到90℃時，加熱狀態(tài)就停止而進入保溫狀態(tài)；當膽內(nèi)水的溫度降到60℃時，加熱狀態(tài)就啟動．如圖是該飲水機的電路原理圖．則：
（1）溫控開關S₀在何種狀態(tài)（斷開或閉合）時，飲水機處在保溫狀態(tài)？這時飲水機的電功率是多少？
（2）若該飲水機在加熱狀態(tài)中，把電能轉化為水的內(nèi)能的效率為80%．當膽內(nèi)裝有1.2kg水時，飲水機每啟動一次完成加熱所需多長時間？？[已知c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

Answer 1

分析 （1）電源電壓不變，根據(jù)開關S₀的通斷可得出電路中不同的阻值，則根據(jù)功率公式可求得不同的功率，根據(jù)功率的大小可判定保溫狀態(tài)，并能求出電功率；
（2）由水的比熱公式可求得水升高的90℃時所需要的熱量，由電能轉化為水的內(nèi)能的效率，可求得加熱水所消耗的電能；再利用P=$\frac{W}{t}$可求得飲水機每啟動一次完成加熱所需時間．

解答 解：（1）當S₀斷開時，只有R₁接入電路；而當S₀閉合時，電路中兩電阻并聯(lián)，則總電阻小于R₁的阻值，則由功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，S₀閉合時，電路中功率大，S₀閉合時，為加熱狀態(tài)；當S₀斷開時，為保溫狀態(tài)；此時飲水機的電功率：
P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{1210Ω}$=40W；
（2）加熱時水升溫吸收的熱量：
Q=mc△t=1.2kg×4.2×10³J/（kg•℃）×（90℃-60℃）=1.512×10⁵J；
飲水機消耗的電能：
W=$\frac{Q}{η}$=$\frac{1.512×1{0}^{5}J}{80%}$=1.89×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，飲水機每啟動一次完成加熱所需時間：
P_加熱=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$+$\frac{{U}^{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{1210Ω}$+$\frac{{（220V）}^{2}}{100Ω}$=524W，
由P=$\frac{W}{t}$，可得t=$\frac{W}{{P}_{加熱}}$=$\frac{1.89×1{0}^{5}J}{524W}$≈361s．
答：（1）當S₀斷開時，飲水機處于保溫狀態(tài)，此時飲水機的電功率為40W； （2）飲水機每啟動一次完成加熱所需361s時間．

點評 這道題目綜合性比較強，要求學生將以前所學的內(nèi)能知識與電功的計算公式結合起來，考查學生對相關知識點的應用能力．