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．

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

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．
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

（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．（學生若能說明“乙圖，因R₁遠小于R₂，R₂消耗的電能遠多于R₁，保溫時能量的轉化效率很低”、“保溫狀態時，甲圖的能量的轉化率遠高于乙圖”更好）．
（2）；  
（3）  
（4）位置正確

試題分析：（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．（學生若能說明“乙圖，因R₁遠小于R₂，R₂消耗的電能遠多于R₁，保溫時能量的轉化效率很低”、“保溫狀態時，甲圖的能量的轉化率遠高于乙圖”更好）．
（2）；  
（3）加熱管R₁的電阻  
保溫時總電阻     
加熱管R₂的阻值  
（4）位置正確
點評：此題是一道電學和生活實際相結合的試題，涉及到熱量、電功率等的計算，難度較大。