Question

15．圖甲是一種常見的電熱水袋，圖乙是它的結構示意圖．為了使用安全，電熱水袋在用電加熱到一定溫度時溫控開關S會自動切斷電路，與此同時專用插頭上的紅色指示燈L會熄滅起提示作用．

（1）電熱水袋里面一般用水作儲能物質，除了水容易獲得、成本低廉的原因外，還有一個重要原因是水的比熱容大．
（2）溫控開關S的內部結構如圖丙所示：雙金屬片由兩層不同金屬粘合而成，受熱時二者膨脹的快慢不同，金屬層a（填“a”或“b”）膨脹較快，達到一定溫度時，雙金屬片向上拱起，從而切斷電路．如果溫控開關失靈，水溫超過預定溫度而不切斷電源，熱水袋會因內部壓強過高而爆炸．為了更加安全，有的電熱水器里使用雙重溫控開關保護，也就是把兩個溫控開關串聯起來使用．
（3）某電熱水袋的性能指標如下表，當熱水袋原來的溫度是10℃時，在正常電壓下加熱10min指示燈就熄滅了，試求該電熱水袋的效率？

額定電壓	額定加熱功率	指示燈功率	袋內充水	自動斷電溫度
220V	700W	≤0.2W	1L	80℃

Answer 1

分析 （1）水的比熱容大：相同質量的水和其它物質比較，吸收或放出相同的熱量，水的溫度升高或降低的少；升高或降低相同的溫度，水吸收或放出的熱量多；
（2）根據圖示和使用過程判斷；
（3）知道水的體積，利用密度公式求水的質量，知道水溫度的變化，根據熱量的計算公式Q_吸=cm△t計算出水吸收的熱量；再根據W=Pt計算出消耗的電能，根據η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$就可以求出電熱水袋的發(fā)熱效率．

解答 解：
（1）因為水的比熱容較大，降低相同的溫度，水放出的熱量多，所以電熱水袋里面一般用水作儲能物質；
（2）雙金屬片受熱時二者膨脹的快慢不同，金屬層a膨脹較快，達到一定溫度時，雙金屬片向上拱起，從而切斷電路；
因為電熱水袋里使用雙重溫控開關，也就是說只有這兩個開關都閉合時，電熱袋才可以工作，因此這兩個開關是串聯的；
（3）熱水袋中的水的質量：
m=ρV=1000kg/m³×1×10^-3m³=1kg，
溫度從10℃升高到80℃，此過程中水吸收的熱量是：
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)熱效率為η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$=$\frac{2.94×1{0}^{5}J}{4.2×1{0}^{5}J}$=70%．
故答案為：（1）水的比熱容大；（2）a，串聯；（3）該電熱水袋的效率為70%．

點評 本題由電熱水袋入手考查相關的物理知識，尤其是最后一問求發(fā)熱袋的效率是解題的難點，關鍵是對公式的靈活運用．