Question

17．小星同學(xué)為自家電熱水器設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)控制裝置，如圖1所示，R₁是一個(gè)熱敏電阻（置于熱水器內(nèi)），其阻值隨溫度的變化關(guān)系如表Ⅰ所示，表Ⅱ是這個(gè)電熱水器的銘牌．已知繼電器線圈電阻R₂為12Ω，左邊控制電路電源電壓U₀為6V不變，當(dāng)繼電器線圈R₂中的電流增大到某一數(shù)值時(shí)，繼電器的銜鐵被吸下，電熱水器電路斷開(kāi)．
表Ⅰ

溫度t/℃	10	20	30	40	50	60	70	80
電阻R1/Ω	60	42	30	20	15	10	8	6

表Ⅱ

最大水量	50kg	額定電壓	220V
額定內(nèi)壓	0.75MPa	額定功率	2000W

（1）電磁繼電器中的鐵芯應(yīng)用軟鐵（“軟鐵”或“鋼棒”）．
（2）電熱水器一般用三腳插頭，如圖2所示．三腳插頭上標(biāo)著E的腳比另外兩個(gè)略長(zhǎng)一點(diǎn)，這是因?yàn)楫?dāng)把三腳插頭插在對(duì)應(yīng)的插座上時(shí)，它首先把熱水器的外殼與大地相連，保證用電安全．
（3）若到達(dá)設(shè)定的最高溫度時(shí)，線圈R₂中電流為0.3A，銜鐵被吸下，電熱水管中電路被斷開(kāi)，則設(shè)定的最高溫度是多少℃？
（4）當(dāng)水溫降到一定溫度時(shí)，熱水器會(huì)重新啟動(dòng)加熱直到最高設(shè)定溫度時(shí)停止．在沒(méi)有熱水放出的情況下，熱水器重新啟動(dòng)加熱一次的時(shí)間為15min，則重新加熱前的水溫t是多少？[熱水器的效率是84%，C_水=4.2×10³J/（kg•℃），最高設(shè)定溫度同第（3）問(wèn)不變]．

Answer 1

分析 （1）電磁繼電器的核心元件是電磁鐵，當(dāng)通電后，里邊的電磁鐵可以吸引銜鐵，斷電后可以釋放銜鐵，從而實(shí)現(xiàn)控制電路的通斷．據(jù)此分析．
（2）金屬外殼的用電器一定要接地，防止用電器漏電時(shí)發(fā)生觸電事故；使用三孔插座可以防止發(fā)生觸電事故．
（3）根據(jù)歐姆定律的變形公式求出控制電阻的總電阻，再根據(jù)串聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)求出R₁的阻值；
根據(jù)表一中的數(shù)據(jù)可知設(shè)定的最高溫度；
（4）先根據(jù)表二中熱水器的額定功率和W=Pt求出熱水器加熱15min消耗的電能，然后根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求出水吸收的熱量，由密度的變形公式求出水的質(zhì)量，再利用Q_吸=cm△t求出水溫度的變化量，從而求出重新加熱前的水溫．

解答 解：
（1）軟鐵和鋼棒都是磁性材料，鋼當(dāng)被電磁鐵吸引后被磁化能長(zhǎng)期保存磁性，當(dāng)電磁鐵中沒(méi)有電流釋放銜鐵時(shí)，用鋼做的銜鐵不能離開(kāi)電磁鐵；
軟鐵被電磁鐵吸引后被磁化，但不能長(zhǎng)期保存磁性，當(dāng)電磁鐵中沒(méi)有電流釋放銜鐵時(shí)，用軟鐵做的銜鐵立即離開(kāi)電磁鐵．
（2）家用電器的三腳插頭中有兩個(gè)腳接用電部分，另一個(gè)較長(zhǎng)的腳跟用電器的金屬外殼連接；與三腳插頭對(duì)應(yīng)的三孔插座中，除兩個(gè)孔分別接火線和零線外，另一個(gè)孔是跟大地相連接．
（3）線圈R₂中電流為0.3A時(shí)，
由I=$\frac{U}{R}$可知，
R=$\frac{{U}_{0}}{I}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω，
R₁=R-R₂=20Ω-12Ω=8Ω；
根據(jù)表Ⅰ可知，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為70℃，因此設(shè)定的最高溫度為70℃；
（4）根據(jù)表Ⅱ中的數(shù)據(jù)可知，電熱水器的額定功率為2000W，則熱水器工作15min消耗的電能：
W=Pt=2000W×15×60s=1.8×10⁶J；
由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$可得，Q_吸=ηW=84%×1.8×10⁶J=1.512×10⁶J；
由Q_吸=cm△t可得，△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{1.512×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×50kg}$=7.2℃；
故重新加熱前的水溫：t=70℃-7.2℃=62.8℃．
故答案為：（1）軟鐵；（2）外殼與大地；
（3）若到達(dá)設(shè)定的最高溫度時(shí)，線圈R₂中電流為0.3A，銜鐵被吸下，電熱水管中電路被斷開(kāi)，則設(shè)定的最高溫度是70℃；
（4）在沒(méi)有熱水放出的情況下，熱水器重新啟動(dòng)加熱一次的時(shí)間為15min，則重新加熱前的水溫是62.8℃．

點(diǎn)評(píng) 本裝置的實(shí)質(zhì)是一個(gè)電磁繼電器，對(duì)電磁繼電器工作原理的了解是解題的基礎(chǔ)；本題考考查了歐姆定律、電功、效率、以及熱量計(jì)算公式的綜合應(yīng)用，具有一定的綜合性，有一定難度．