Question

如圖甲是一種常見(jiàn)的電熱水袋，其性能指標(biāo)如表：

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	1kg	80℃

（1）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(kāi)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．紅色指示燈L的電阻比發(fā)熱體的電阻R要

大

（選填“大”或“小”）得多．

（2）溫控開(kāi)關(guān)S的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：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

b

（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(kāi)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(kāi)關(guān)保護(hù)，也就是把兩個(gè)溫控開(kāi)關(guān)

串聯(lián)

起來(lái)使用．（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)）

（3）當(dāng)熱水袋原來(lái)的溫度是10℃時(shí)，在額定電壓下加熱10min指示燈就熄滅了，試求該電熱水袋的效率．[c_水=4.2×10³J/（kg?℃）]．

Answer 1

分析：（1）由圖可知，紅色指示燈L和發(fā)熱體R是并聯(lián)的，兩電阻兩端的電壓相等，根據(jù)公式P=

U2

R

分析兩電阻阻值的大小；
（2）由工作原理結(jié)合圖可知雙金屬片的金屬層哪側(cè)膨脹較快，兩開(kāi)關(guān)串聯(lián)時(shí)相互影響、必須都閉合電路才能工作，兩開(kāi)關(guān)并聯(lián)時(shí)互不影響，閉合任何一個(gè)都能使電路工作；
（3）知道水溫度的變化和質(zhì)量，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，利用η=

Q吸

W

就可以求出電熱水袋的效率．

解答：解：（1）由圖可見(jiàn)，紅色指示燈L和發(fā)熱體R是并聯(lián)的，兩端電壓相等，發(fā)熱體的功率要比指示燈的功率大得多，根據(jù)電功率的計(jì)算P=

U2

R

，在電壓U相等的情況下，功率P大的，電阻R反而小，因此發(fā)熱體的電阻要小于指示燈的電阻；
（2）雙金屬片受熱時(shí)二者膨脹的快慢不同，金屬層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；
因?yàn)殡姛崴�袋里使用雙重溫控開(kāi)關(guān)，也就是說(shuō)只有這兩個(gè)開(kāi)關(guān)都閉合時(shí)，電熱袋才可以工作，因此這兩個(gè)開(kāi)關(guān)是串聯(lián)的；
（3）1kg水溫度從10℃升高到80℃吸收的熱量：
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：
η=

Q吸

W

=

2.94×105J

4.2×105J

=70%．
答：（1）大；
（2）b；串聯(lián)；
（3）該電熱水袋的效率為70%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱量的計(jì)算和效率的計(jì)算以及開(kāi)關(guān)串并聯(lián)的辨別，關(guān)鍵是會(huì)分析物體熱脹冷縮和溫度的關(guān)系，考查了學(xué)生提取有用信息的能力，是一道好題．