Question

12．如圖是一種煲湯用的電熱鍋工作原理圖，其中溫控器的作用是在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下每當(dāng)水沸騰后能自動(dòng)斷電一段時(shí)間．電熱鍋的部分參數(shù)如表所示．

容積	4.5L
額定電壓	220V
保溫功率	80W
加熱功率	500W

（1）三腳插頭上標(biāo)著E的導(dǎo)線和電飯鍋的金屬外殼相連，插座上相應(yīng)的導(dǎo)線和大地相連．
（2）調(diào)節(jié)切換開關(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)，則原理圖中的切換開關(guān)連接觸點(diǎn)“3”時(shí)為保溫檔．小明發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電熱鍋處于保溫檔正常工作時(shí)，不論加熱多長(zhǎng)時(shí)間，都不能使鍋內(nèi)的湯水沸騰，原因可能是電流產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量．
（3）該電熱鍋處于高溫檔正常工作時(shí)，使4L25℃的水由燒開，用了50min，那么電熱鍋的效率為多少？[c_水=4.2×10³J/（kg•℃），設(shè)當(dāng)時(shí)鍋內(nèi)氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓]．

Answer 1

分析 （1）電飯鍋使用三腳插頭，E導(dǎo)線和電飯鍋的金屬外殼相連，插入插座時(shí)，與大地連接，當(dāng)用電器漏電時(shí)，人接觸用電器，人被接地導(dǎo)線短路，即使接觸了漏電的用電器也不會(huì)發(fā)生觸電事故；
（2）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)，據(jù)此判斷哪一個(gè)為保溫檔；當(dāng)電熱鍋處于保溫檔正常工作時(shí)，此時(shí)的電功率太小，產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量，不能使水溫升高，不能使水沸騰；
（3）知道水的體積，根據(jù)m=ρV求出水的質(zhì)量，又知道水溫度的變化量和比熱容，根據(jù)Q_吸=cm△t求出水吸收的熱量，電熱鍋處于高溫檔正常工作時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)W=Pt求出消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出電熱鍋的效率．

解答 解：
（1）E導(dǎo)線和電飯鍋的金屬外殼相連，插入插座時(shí)，與大地連接；
（2）由圖可知，R₁＞R₂，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，
當(dāng)U不變時(shí)，電阻越小，功率越大，故當(dāng)開關(guān)連接觸點(diǎn)3時(shí)，只有R₁接入電路中，電阻大，消耗的電功率最小，處于保溫保溫狀態(tài)；
當(dāng)電熱鍋處于保溫檔正常工作時(shí)，不論加熱多長(zhǎng)時(shí)間，都不能使鍋內(nèi)的湯水沸騰，原因是電流產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量，不能使水溫升高；
（3）水的體積：V=4L=4dm³=4×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×4×10^-3m³=4kg，
則水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×4kg×（100℃-25℃）=1.26×10⁶J，
由表格數(shù)據(jù)可知，加熱功率500W，由P=$\frac{W}{t}$可得消耗的電能：
W=Pt=500W×50×60s=1.5×10⁶J，
電熱鍋的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{1.26×1{0}^{6}J}{1.5×1{0}^{6}J}$×100%=84%．
答：（1）電飯鍋的金屬外殼；大地；（2）3；電流產(chǎn)生的熱量等于散失的熱量；（3）電熱鍋的效率為84%．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，考查了安全用電知識(shí)、密度、熱量、功以及效率的計(jì)算公式的應(yīng)用．與實(shí)際生活相聯(lián)系，使學(xué)生覺(jué)得學(xué)了物理有用，注意計(jì)算時(shí)的單位換算要正確．