Question

17．如圖1為某品牌的智能馬桶，可遙控實現如清洗、座圈保溫、暖風烘干、自動除臭等功能，極大方便了人們的生活，其主要參數如下表，求：

電源	AC220V  50Hz
水溫	常溫4±4℃
水溫加熱功率	1000W
座圈加熱功率	20W
水箱容積	800mL
暖風溫度	35-60℃
暖風加熱功率	300W
使用水壓	0.08-0.70MPa
最高功率	1000W

（1）根據暖風烘干功能，小明設計了如圖2所示的原理圖，當選擇開關接觸AB選填（“AB”“BC”或“CD”）兩點時吹熱風，其中電動機的工作原理是通電線圈在磁場中受力轉動．
（2）暖風工作時分為“高溫”和“低溫”兩擋，R₁、R₂均為加熱電阻，當S閉合時為高溫選填“高溫”或“低溫”）擋，加熱電阻R₁的阻值為484Ω，若暖風系統的高溫功率為300W，求R₂的阻值．
（3）若馬桶以最大功率將滿水箱容積的水從常溫17℃加熱到37℃需要的時間為1min20s，求馬桶的加熱效率．

Answer 1

分析 （1）電吹風吹熱風時電動機和電熱絲同時工作，分析電路圖，確定選擇開關的位置；電動機是根據通電線圈在磁場中受力轉動的原理工作的，在工作時將電能轉化為機械能；
（2）當S閉合時，兩電熱絲R₁與R₂并聯，兩電熱絲的總電阻最小，根據P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知加熱絲的總功率最大，據此進行解答；根據并聯電路的電壓特點和P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出加熱電阻R₁的電功率，暖風系統的高溫功率減去加熱電阻R₁的電功率即為R₂的電功率，然后根據P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電阻R₂的阻值；
（3）滿水箱容積水的體積和其容積相等，根據ρ=$\frac{m}{V}$求出水的質量，利用Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，根據P=$\frac{W}{t}$求出馬桶以最大功率消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出馬桶的加熱效率．

解答 解：（1）由電路圖可知，當選擇開關旋至AB時，電動機和電熱絲同時接入電路，電吹風吹熱風；
電動機的工作原理是通電線圈在磁場中受力轉動；
（2）當S閉合時，兩電熱絲R₁與R₂并聯，兩電熱絲的總電阻最小，
由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，加熱絲的總功率最大，處于高溫檔；
因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，加熱電阻R₁的電功率：
P₁=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{（220V）^{2}}{484Ω}$=100W，
則R₂的電功率：
P₂=P_暖風-P₁=300W-100W=200W，
電阻R₂的阻值：
R₂=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{200W}$=242Ω；
（3）滿水箱容積水的體積：
V=800mL=800cm³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質量：
m=ρV=1.0g/cm³×800cm³=800g=0.8kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×0.8kg×（37℃-17℃）=6.72×10⁴J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，馬桶以最大功率消耗的電能：
W=P_大t′=1000W×（60s+20s）=8×10⁴J，
馬桶的加熱效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{6.72×1{0}^{4}J}{8×1{0}^{4}J}$×100%=84%．
答：（1）AB；通電線圈在磁場中受力轉動；
（2）高溫；R₂的阻值為242Ω；
（3）馬桶的加熱效率為84%．

點評 本題考查了電路連接方式的判斷和電動機的原理、電功率公式、密度公式、吸熱公式、電功公式、效率公式的應用，從表格中獲取有用的信息以及判斷出不同狀態時電路的連接方式是關鍵．