Question

（2014•東營）無內膽飲水機﹣﹣管線機的電路原理如圖，電熱絲R1、R0繞在出水管上，水經過出水管時被加熱，通過改變“溫、開水選擇開關”的狀態（“斷開”或“閉合”），可以選擇出溫水或開水．該管線機的額定電壓是220V，開水加熱電功率是2200W，溫水加熱電功率是1100W．已知：電熱絲R1、R0電阻不隨溫度變化，水的比熱容c=4.2×103J/（kg•℃），水的密度ρ=1×103kg/m3，取g=10N/kg．問：

（1）“溫、開水選擇開關”的狀態和出溫水、開水的對應關系如何？

（2）飲水機正常工作，出開水時電熱絲中的電流是多少？電熱絲R0的電阻是多少？

（3）現在需要100℃的開水500mL，已知水的初溫是20℃，水需要吸收多少熱量？如果電能轉化為水的內能的效率是80%，飲水機正常工作時，燒開這些水需要多少時間？

 

 

Answer 1

考點：

電功與熱量的綜合計算．
專題：	電和熱綜合題．
分析：	（1）飲水機所處的狀態根據開關S接通或斷開時連入的電阻即可判斷．當開關接通時，只有電阻R0接入電路，當開關S斷開時，電阻R1和R0串聯接入電路，由電功率的公式P=可判斷飲水機處于什么狀態． （2）知道飲水機在加熱狀態下正常工作，又知道加熱功率和額定電壓，可利用P=UI的變形公式求出正常工作時電路中的電流． 知道飲水機的加熱功率和保溫功率，可利用公式R=計算出在加熱和保溫狀態下的電阻，以及利用串聯電路電阻的關系計算出電熱絲R0的阻值． （3）先根據密度的變形公式求出水的質量，然后根據Q吸=cm△t即可求出水吸收的熱量； 根據η=求出消耗的電能，然后根據W=Pt求出燒開開水需要的時間．
解答：	解：（1）當開關S閉合時，只有電阻R0接入電路；由P=可知，此時飲水機處于加熱狀態； 當開關S斷開時，電阻R1和R0串聯接入電路，此時飲水機處于保溫狀態． （2）根據題意可知，P加=2200W，由P=UI可知，飲水機出開水時電熱絲中的電流：I===10A． 飲水機處于加熱狀態時，只有電阻R0接入電路，由P=可知，R0===22Ω， （3）由ρ=可知，水的質量：m=ρV=1.0×103kg/m3×500×10﹣6m3=0.5kg； 水吸收的熱量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（100℃﹣20℃）=1.68×105J； 由η=可得，W===2.1×105J； 由W=Pt可知，t==≈95.45s． 答：（1）當開關S閉合時，只有電阻R0接入電路；此時飲水機處于加熱狀態； 當開關S斷開時，電阻R1和R0串聯接入電路，此時飲水機處于保溫狀態． （2）飲水機正常工作，出開水時電熱絲中的電流是10A；電熱絲R0的電阻是22Ω； （3）現在需要100℃的開水500mL，已知水的初溫是20℃，水需要吸收了1.68×105J的熱量； 如果電能轉化為水的內能的效率是80%，飲水機正常工作時，燒開這些水需要的時間為95.45s．
點評：	本題考查了密度公式、吸熱公式、電功率公式、電功公式、效率公式的應用，關鍵是計算公式的靈活應用，難度適中，是一道好題．