Question

有一種WSJ-60型號電水壺，圖4是電水壺的電路圖，L1為電源指示燈、L2為保溫指示燈、L3為加熱指示燈，R1、R2、R3為指示燈的保護電阻，其大小為100kΩ左右；R為加熱器，其電阻小于100Ω；S1、S2為壓鍵開關；ST溫控器是一個雙金屬片溫控開關，當溫度較低時，其處于閉合狀態(tài)，當溫度升高到一定值后，會自動斷開，從而實現(xiàn)了自動溫度開關控制。當水壺放在底座上時，就分別壓下壓鍵開關S1、S2，并接通電路，如果插頭插入插座后，就接通了電源，電源指示燈就亮，反之就斷開。該壺有手動和自動兩種工作狀態(tài)。當鈕子開關撥到手動擋時，加熱電阻連入，開始加熱，水沸騰以后再將鈕子開關撥回。當鈕子開關撥到自動擋時，此時通過ST溫控器將加熱電阻連入，并開始加熱；當水沸騰后，ST溫控器的觸點斷開，進入保溫狀態(tài)，保溫指示燈亮；當水的溫度低于某溫度后，ST溫控器又重新接通，再次進入加熱狀態(tài)。若加熱器電阻阻值隨溫度改變而發(fā)生的變化可忽略不計，根據(jù)以上敘述與觀察，請回答以下問題。

1．在下列空格中填寫“亮”或“不亮”

(1)手動狀態(tài)通電工作時，電源指示燈 ，加熱指示燈 ，保溫指示燈 。

(2)自動狀態(tài)通電工作時，水沸騰前：電源指示燈 ，加熱指示燈 ，保溫指示燈 。水沸騰后：電源指示燈 ，加熱指示燈 ，保溫指示燈 。

2．現(xiàn)將一滿壺25℃的水在標準大氣壓下燒開需時10min，請計算該電水壺的熱效率。水的比熱容c=4.2×103J／(kg·℃)。

3．通過分析電水壺的電路，說明為什么處于自動狀態(tài)下，水未沸騰前，保溫指示燈是不亮的?

4．試計算電水壺正常工作時其加熱電阻的阻值是多大?如果指示燈的保護電阻的大小是100kΩ，當它處于保溫狀態(tài)時，試計算電水壺保溫時的功率有多大?由此可以說明什么問題?

Answer 1

1．（1）亮，亮，不亮；…（2分）（說明：全對為2分，答錯一個扣一分，直到扣完2分為止）

（2）亮，亮，不亮；亮，不亮，亮�！�（4分）

（說明：全對為4分，答錯一個扣一分，直到扣完4分為止）

2． Q有=cρV（t1-t0）=3.15×105J …（1分）

Q總 =600W×10×60s=3.6×105J …（1分）

η= Q有/Q總=87.5% …（1分）

3．當電水壺處于自動狀態(tài)下，水未沸騰前，保溫指示燈與ST雙金屬片溫控器并聯(lián)，…（1分）

且ST雙金屬片溫控器處于聯(lián)通短路狀態(tài)，…（1分）

所以保溫指示燈被短路不亮�！�（1分）

4．由P=U2/R得電水壺正常工作時其加熱電阻的阻值

R =U2/ P=80.7Ω …（1分）

保溫狀態(tài)時，通過電熱器的電流

I=U/（R1+RL1+R2）＜U/R2=2.2×10-3A …（1分）

就以這個電流計算，保溫狀態(tài)時電熱器的發(fā)熱功率為

P=I2R=3.9×10-4W …（1分）

即可以近似認為不發(fā)熱。所以保溫狀態(tài)下的水溫逐漸降低。