Question

17．如圖是某飲水機(jī)電路原理圖，銘牌如表所示．S是手動(dòng)開關(guān)，S₁是溫控開關(guān)，當(dāng)S閉合后，熱水箱內(nèi)的水溫低于86℃時(shí)S₁就自動(dòng)閉合，水溫高于95℃時(shí)S₁就自動(dòng)斷開，因此這臺(tái)飲水機(jī)有“加熱”和“保溫”兩檔功率．

水桶容積	20L
加熱罐容積	1L
額定電壓	220V
加熱功率	500W
保溫功率	60W

（1）求發(fā)熱電阻R₁的阻值．
（2）正常工作時(shí)，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱罐內(nèi)裝滿熱水但較長(zhǎng)時(shí)間沒有飲用時(shí)，每隔一段時(shí)間，飲水機(jī)就加熱一次，請(qǐng)你分析：冬季的間隔時(shí)間小于夏季的間隔時(shí)間（選填“大于”、“等于”或“小于”）
（3）若加熱的效率為90%，試計(jì)算加熱一次需要多長(zhǎng)時(shí)間？

Answer 1

分析 （1）由題意可知，當(dāng)S、S₁閉合時(shí)，R₁與R₂并聯(lián)，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)；當(dāng)S閉合、S₁斷開時(shí)，電路為R₂的簡(jiǎn)單電路，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)；加熱功率減去保溫功率即為R₁的電功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出R₁的電阻；
（2）當(dāng)加熱罐內(nèi)裝滿熱水但較長(zhǎng)時(shí)間沒有飲用時(shí)，冬天的溫度較低，與水的溫差較大，熱量的散失比較快，據(jù)此進(jìn)行解答；
（3）知道水的體積，根據(jù)m=ρV求出水的質(zhì)量，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出消耗的電能，再根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出需要的加熱時(shí)間．

解答 解：
（1）由圖可知，當(dāng)S、S₁閉合時(shí)，R₁與R₂并聯(lián)，總電阻最小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知總功率最大，此時(shí)飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)；當(dāng)S閉合、S₁斷開時(shí)，電路為R₂的簡(jiǎn)單電路，電阻較大，總功率較小，此時(shí)飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)；
因電路的總功率等于各用電器功率之和，
所以，R₁的電功率：
P₁=P_加熱-P_保溫=500W-60W=440W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₁的電阻：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{1}}$=$\frac{（220V）^{2}}{440W}$=110Ω；
（2）當(dāng)加熱罐內(nèi)裝滿熱水但較長(zhǎng)時(shí)間沒有飲用時(shí)，冬天的溫度較低，空氣與水的溫差較大，熱量的散失比較快，則冬季需要加熱的間隔時(shí)間小于夏季的間隔時(shí)間；
（3）水的體積：
V=1L=1dm³=1×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×1×10^-3m³=1kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=c_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×1kg×（95℃-86℃）=3.78×10⁴J，
由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%可得，消耗的電能：
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{3.78×1{0}^{4}J}{90%}$=4.2×10⁴J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，需要的加熱時(shí)間：
t′=$\frac{W}{{P}_{加熱}}$=$\frac{4.2×1{0}^{4}J}{500W}$=84s．
答：（1）發(fā)熱電阻R₁的阻值為110Ω；
（2）小于；
（3）加熱一次需要84s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電功率公式、密度公式、吸熱公式、效率公式、電功公式的應(yīng)用，從題干和表格中獲取有用的信息是關(guān)鍵．