Question

2．如圖是一種煲湯用的電熱鍋工作原理圖，調(diào)節(jié)切換開(kāi)關(guān)可以使電熱鍋處于“關(guān)、高溫、自動(dòng)、保溫”四種工作狀態(tài)，溫控器的作用是當(dāng)水沸騰后能自動(dòng)斷電一段時(shí)間（熔斷器電阻忽略不計(jì)）．已知電阻R₁＞R₂，電熱鍋其它參數(shù)如表：

額定電壓/V	220
高溫功率/W	500
保溫功率/W	80
容積/L	4

（1）電熱鍋切換開(kāi)關(guān)接“1”正常工作時(shí)，它處于高溫檔．
（2）正常工作時(shí)，電阻R₁的阻值是多少？
（3）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下用高溫檔加熱初溫為35℃、質(zhì)量為2kg的水，在10min內(nèi)消耗的電能是多少？設(shè)在高溫檔加熱時(shí)，電熱鍋散失的熱量與同樣時(shí)間保溫檔加熱時(shí)產(chǎn)生的熱量相等，則加熱10min后2kg水的最終溫度是多少℃？

Answer 1

分析 （1）由電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電壓不變的條件下，電阻越大，電功率越小，電功率小的時(shí)候處于保溫狀態(tài)，反之是加熱狀態(tài)，據(jù)此判斷；
（2）由表格數(shù)據(jù)根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計(jì)算R₁的阻值；
（3）根據(jù)W=Pt計(jì)算給水加熱10min消耗的電能；
由題計(jì)算10min水吸收的熱量，再根據(jù)Q=cm△t計(jì)算水最終溫度．

解答 解：
（1）電源電壓一定且電阻R₁＞R₂，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，由圖可知：
開(kāi)關(guān)接1時(shí)，R₂被接入電路中，電路功率大，為高溫狀態(tài)；
開(kāi)關(guān)接2時(shí)，溫控器與R₂被接入電路中，為自動(dòng)狀態(tài)；
開(kāi)關(guān)接3時(shí)，R₁被接入電路中，電路功率小，為保溫狀態(tài)．
（2）由表格可知保溫功率P_保=80W，
因?yàn)镻=$\frac{{U}^{2}}{R}$，
所以R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{保}}$=$\frac{（220V）^{2}}{80W}$=605Ω；
（3）由P=$\frac{W}{t}$得在高溫加熱狀態(tài)下加熱10min消耗的電能：
W_高=P_高t=500W×10×60s=3×10⁵J，
由題，高溫檔加熱時(shí)，電熱鍋散失的熱量與同樣時(shí)間保溫檔加熱時(shí)產(chǎn)生的熱量相等，
所以高溫檔加熱加熱10min，水吸收的熱量：
Q=W_高-W_低=3×10⁵J-80W×10×60s=2.52×10⁵J，
由Q=cm△t得水升高的溫度：△t=$\frac{Q}{cm}$=$\frac{2.52×1{0}^{5}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×2kg}$=30℃，
所以水的最終溫度：t=t₀+△t=35℃+30℃=65℃．
答：
（1）高溫；
（2）正常工作時(shí)，電阻R₁的阻值是605Ω；
（3）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下用高溫檔加熱10min消耗的電能3×10⁵J；在高溫檔加熱時(shí)，電熱鍋散失的熱量與同樣時(shí)間保溫檔加熱時(shí)產(chǎn)生的熱量相等，加熱10min后2kg水的最終溫度是65℃．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，與實(shí)際生活相聯(lián)系，使學(xué)生覺(jué)得學(xué)了物理有用，加強(qiáng)安全意識(shí)，關(guān)鍵是正確識(shí)別電路，正確判斷各種工作狀態(tài)．