Question

16．如圖甲所示是某品牌飲水器的原理圖．飲水器的容器內有密封絕緣的電熱絲R₁和熱敏電阻R_x，只要水面到達如圖所示的位置，接觸開關S₁就會導通．繼電器開關S₂的作用是當飲水器內的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路．

（1）已知定值電阻R₁和熱敏電阻R_x的電流隨電壓的變化曲線是如圖乙中A、B、C中的兩條．定值電阻R₁的阻值是10Ω，飲水器的正常加熱功率是4840W．
（2）為了使繼電器開關S₂在飲水器內的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，熱敏電阻R_x應選擇如圖乙中的C（選填“A，B，C”）．在使用過程中，發(fā)現飲水器內的水實際加熱到90℃時，加熱電路就自動切斷了，為了使水能在加熱至沸騰后加熱電路才自動切斷，可將滑動變阻R₂的滑片向左調節(jié)．
（3）已知該飲水器裝有10L水，當只有飲水器接入電路中時，它將水從10攝氏度加熱到100攝氏度用時14分鐘，同時通過電能表觀察到飲水器消耗了1.1kW•h的電能．該飲水器加熱過程中的實際功率是4714.3W；它的熱效率是95.5%（保留一位小數）．

Answer 1

分析 （1）根據定值電阻R₁的電流與電壓的特點判斷出電阻R₁的電流隨電壓的變化曲線，然后求出阻值，然后根據P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出飲水器的正常加熱功率．
（2）為了使飲水器在水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，根據電路的連接可知應使繼電器開關S₂斷開，即電磁鐵的磁性應減弱，根據影響電磁鐵磁性強弱的因素可知控制電路中電流的變化，則可根據歐姆定律判斷出此時熱敏電阻阻值變大，由此可判斷熱敏電阻R_x阻值與溫度的變化情況．
若要飲水器內的水加熱到90℃還能繼續(xù)加熱，即繼電器開關S₂仍然是閉合的，需要增強電磁鐵的磁性，根據控制電路中電流的變化即可判斷滑動變阻器R₂的阻值的變化．
（3）根據m=ρV求出水的質量，已知水的初溫和末溫、水的比熱容，利用吸熱公式求水吸收的熱量；
知道實際消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求出它的熱效率．

解答 解：
（1）因為R₁是定值電阻，則通過R₁的電流與它兩端電壓成正比，其I-U圖象為過原點的傾斜直線，由圖可知，B為定值電阻R₁的電流隨電壓的變化曲線；
由歐姆定律結合B圖象可得，R₁的阻值：R₁=$\frac{U}{I}$=$\frac{5V}{0.5A}$=10Ω，
飲水器的工作電路為R₁的簡單電路，其正常加熱功率：P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{（220V）^{2}}{10Ω}$=4840W．
（2）①為了使飲水器在水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，則應使繼電器開關S₂斷開，應減弱電磁鐵的磁性，根據影響電磁鐵磁性強弱的因素可知應減小控制電路中的電流；
由歐姆定律可知此時熱敏電阻的阻值應變大，即熱敏電阻R_x的阻值應隨溫度升高而變大，而圖乙中C曲線反映了電阻的阻值隨溫度升高（電壓變大）而變大的特性，故選C．
②若要飲水器內的水加熱到90℃還能繼續(xù)加熱，即繼電器開關S₂仍然是閉合的，需要增強電磁鐵的磁性，應增大此時控制電路中的電流，由歐姆定律可知應減小控制電路的總電阻，而溫度為90℃時熱敏電阻的阻值是一定的，所以應減小滑動變阻器R₂的阻值，即R₂的滑片向左調節(jié)．
（3）已知水的體積V=10L=0.01m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質量為：
m=ρV=1×10³kg/m³×0.01m³=10kg；
水吸收的熱量：
Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×10kg×（100℃-10℃）=3.78×10⁶J；
飲水器消耗的電能：
W=1.1kW•h=1.1×3.6×10⁶J=3.96×10⁶J，
該飲水器加熱過程中的實際功率：
P_實=$\frac{W}{t}$=$\frac{3.96×1{0}^{6}J}{14×60s}$≈4714.3W；
則它的熱效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$═$\frac{3.78×1{0}^{6}J}{3.96×1{0}^{6}J}$×100%≈95.5%．
故答案為：（1）10；4840；（2）C；左；（3）4714.3；95.5%．

點評 本題為電功率和熱量的綜合計算題，主要考查了歐姆定律的應用、功率的計算、熱量的計算、熱效率的計算等，難點是對繼電器電路的分析，要知道控制電路與工作電路的關系．