Question

5．某電飯鍋的內(nèi)部電路圖如圖所示，R₁是加熱電阻，阻值為48.4Ω，R₂是限流電阻，阻值為484Ω，煮飯時，接通電源（220V　50Hz），閉合手動開關(guān)S₁，電飯鍋處于加熱狀態(tài)．當(dāng)鍋內(nèi)實物溫度達到103℃時，開關(guān)S₁自動斷開，斷開后若無外力作用則不會自動閉合；S₂是一個自動溫控開關(guān)，當(dāng)鍋內(nèi)食物溫度達到80℃時會自動停止加熱，當(dāng)溫度低于70℃時會自動加熱保溫．已知水的比熱容為4.2×10³J/（kg•℃），請回答下列問題：
（1）若接通電源后沒有閉合開關(guān)S₁，那么電飯鍋能將飯煮熟嗎？為什么？
（2）在保溫和加熱兩種情況下，電飯鍋消耗的電功率之比是多少？
（3）若在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將溫度為20℃、質(zhì)量為2.5kg的水燒開需要16min40s，求電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)提干中開關(guān)S₂的工作特點進行解答；
（2）閉合手動開關(guān)S₁時，電路為R₁的簡單電路，電飯鍋處于加熱狀態(tài)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出其大��；S₁、S₂斷開時，R₁與R₂串聯(lián)，電飯鍋處于保溫狀態(tài)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出保溫功率，然后得出答案；
（3）一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點是100℃，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，根據(jù)W=Pt求出消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率．

解答 解：（1）若不閉合S₁，當(dāng)鍋內(nèi)溫度達到80℃時，S₂自動斷開，電飯鍋進入保溫狀態(tài)，溫度不會達到100℃，無法把飯煮熟；
（2）閉合手動開關(guān)S₁時，電路為R₁的簡單電路，電飯鍋處于加熱狀態(tài)，
則P_加熱=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{（220V）^{2}}{48.4Ω}$=1000W，
S₁、S₂斷開時，R₁與R₂串聯(lián)，電飯鍋處于保溫狀態(tài)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電飯鍋的保溫功率：
P_保溫=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{48.4Ω+484Ω}$=$\frac{1000}{11}$W，
所以，P_保溫：P_加熱=$\frac{1000}{11}$W：1000W=1：11；
（3）一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點是100℃，則水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×2.5kg×（100℃-20℃）=8.4×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，消耗的電能：
W=P_加熱t′=1000W×（16×60s+40s）=1×10⁶J，
電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{8.4×1{0}^{5}J}{1×1{0}^{6}J}$=84%．
答：（1）不能，因為當(dāng)鍋內(nèi)溫度達到80℃，S₂自動斷開，電飯鍋進入保溫狀態(tài)；
（2）在保溫和加熱兩種情況下，電飯鍋消耗的電功率之比是1：11；
（3）電飯鍋電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率是84%．

點評 本題取材于我們常見的電飯鍋，考查了自動溫控開關(guān)的特點和串聯(lián)電路的特點、電功率公式、吸熱公式、電功公式、效率公式的應(yīng)用，可以激發(fā)同學(xué)們對物理的學(xué)習(xí)興趣，同時能了解更多的生活常識．