Question

在課外科技活動中，小宇設想了兩種飲水機加熱電路的方案．

方案1：如圖甲，R₁、R₂為電加熱管，都安裝在加熱水槽內；
方案2：如圖乙，R₁是電加熱管，安裝在加熱水槽內，R₂為定值電阻，安裝在加熱水槽外面．
電路中S是一個溫控開關，當水槽內水溫低于80℃時，它位于加熱端，飲水機處于加熱狀態，水被迅速加熱，溫度達到95℃時，S自動切換到另一端，讓飲水機處于保溫狀態．
小宇為它設計的飲水機制作了銘牌，銘牌上的主要技術參數如表所示．

額定電壓	220V
加熱功率	880W
保溫功率	88W
最高溫度	95℃
加熱效率	90%

回答問題：
（1）請對兩個電路進行評估．設計合理的電路是______（甲/乙）．簡述其理由．理由：______
（2）如果飲水機的結構如圖乙，從開始通電到水溫升到最高，所用時間10min．則消耗的電能為______J，水的內能增加了______J．
（3）如果飲水機的結構如圖甲．加熱管R₁的電阻是多大？加熱管R₂的阻值是多大？
（4）為了顯示是加熱還是保溫，小宇在圖中的適當位置串聯了兩個指針燈，用紅色表示正在對水加熱，綠色表示保溫．請你在甲圖安裝綠燈的位置處，畫出燈泡的符號．

Answer 1

【答案】分析：（1）分析兩圖中保溫狀態時電能的利用，從節約能源的角度評估兩個電路圖；
（2）知道加熱功率和加熱時間，根據W=Pt求出消耗的電能，再根據效率公式求出水吸收的熱量即為水增加的內能；
（3）當電路只有R₁工作時飲水機處于加熱狀態，當兩電阻串聯時飲水機處于保溫狀態，根據P=分別求出加熱時和保溫時的總電阻，再利用電阻的串聯求出加熱管R₂的阻值；
（4）綠色表示保溫說明綠燈位于兩電阻串聯的電路上，且不能位于加熱和保溫共用的電路上．
解答：解：（1）由兩電路圖可知：
甲圖所示的電路，保溫狀態時，電阻R₁、R₂消耗的電能都用于水的保溫；
乙圖所示的電路，保溫狀態時，只有電阻R₁消耗的電能用于水的保溫，定值電阻R₂消耗的電能沒有得到利用；
（2）乙圖加熱功率P_加熱=880W，加熱10min消耗的電能：
W=P_加熱t=880W×10×60s=5.28×10⁵J，
水的內能增加量：
△Q=Wη=5.28×10⁵J×90%=4.752×10⁵J；
（3）當電路只有R₁工作時飲水機處于加熱狀態，根據P=可得：
R₁===55Ω，
當兩電阻串聯時飲水機處于保溫狀態，電路中的總電阻：
R===550Ω，
∵串聯電路中的總電阻等于各分電阻之和，
∴加熱管R₂的阻值：
R₂=R-R₁=550Ω-55Ω=495Ω；
（4）綠燈位于保溫電路上且不位于加熱和保溫共用的電路上，如下圖所示：

答：（1）甲；甲圖所示的電路，保溫狀態時，電阻R₁、R₂消耗的電能都用于水的保溫；乙圖所示的電路，保溫狀態時，只有電阻R₁消耗的電能用于水的保溫，定值電阻R₂消耗的電能沒有得到利用；
（2）5.28×10⁵；4.752×10⁵；
（3）加熱管R₁的電阻是55Ω，加熱管R₂的阻值是495Ω；
（4）綠燈的位置如上圖所示．
點評：本題考查了串聯電路的特點和電功率公式、電功公式的靈活應用，關鍵是根據題意得出保溫時綠燈的位置和會根據節約電能的角度對兩電路圖進行評估．