Question

3．無(wú)內(nèi)膽飲水機(jī)的電路原理如圖所示，電熱絲R₁、R₂都繞在出水管上，水經(jīng)過(guò)出水管時(shí)被加熱，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)S的通、斷狀態(tài)，可以選擇出溫水或開(kāi)水．該飲水機(jī)的銘牌如表．忽略電熱絲R₁、R₂的阻值隨溫度的變化，不計(jì)各種熱損失，水的比熱容c=4.2×10³J/（kg•℃）．

額定電壓	220V
開(kāi)水加熱功率	2200W
溫水加熱功率	1100W

（1）現(xiàn)在需要100℃的開(kāi)水200g，已知水的初溫是20℃，水需要吸收多少熱量？
（2）當(dāng)飲水機(jī)處于開(kāi)水加熱狀態(tài)時(shí)，加熱上述水需要多少時(shí)間？（保留一位小數(shù)）
（3）S處于什么狀態(tài)時(shí)飲水機(jī)是溫水加熱狀態(tài)？為什么？

Answer 1

分析 （1）知道水的質(zhì)量、初溫、末溫，根據(jù)Q=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量；
（2）知道功率和功，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出時(shí)間；
（3）飲水機(jī)所處的狀態(tài)根據(jù)開(kāi)關(guān)S接通或斷開(kāi)時(shí)連入的電阻即可判斷．當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，只有電阻R₂接入電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電阻R₁和R₂串聯(lián)接入電路，由電功率的公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可判斷飲水機(jī)處于什么狀態(tài)．

解答 解：
（1）水吸收的熱量：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×0.2kg×（100℃-20℃）=6.72×10⁴J；
（2）飲水機(jī)消耗的電能：
W=Q=6.72×10⁴J，
由P=$\frac{W}{t}$得加熱時(shí)間：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{6.72×1{0}^{4}J}{2200W}$≈30.5s；
（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，只有電阻R₂接入電路，由電功率的公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知此時(shí)飲水機(jī)處于開(kāi)水加熱狀態(tài)；
當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電阻R₁和R₂串聯(lián)接入電路，此時(shí)飲水機(jī)處于溫水加熱狀態(tài)．
答：（1）水需要吸收6.72×10⁴J的熱量；
（2）加熱上述水需要30.5s；
（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，飲水機(jī)處于溫水加熱狀態(tài)；因?yàn)殡娮鑂₁和R₂串聯(lián)接入電路，此時(shí)電路中的電阻最大，根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知電壓不變，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越少，處于溫水加熱狀態(tài)．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵：一是熱量公式、電功率公式和電功公式的靈活運(yùn)用，二是利用表格和電路圖解決實(shí)際問(wèn)題的能力．