Question

11．如圖甲為某款雙控溫多功能家用涮烤兩用分體電火鍋，該電火鍋部分參數(shù)如表所示，該鍋可實現(xiàn)火鍋、燒烤同時進(jìn)行，也可以分開控制，其部分簡化電路圖如圖乙所示，開關(guān)S₁控制對中央?yún)^(qū)域湯鍋進(jìn)行加熱，S₂可控制左右兩側(cè)的燒烤盤，R₁為電熱絲，R₀在加熱板外側(cè)，為調(diào)溫電阻．
（1）該電火鍋是利用電流的熱效應(yīng)原理來工作的．分析圖乙可知，當(dāng)開關(guān)S₁接通，湯鍋處于加熱狀態(tài)時，“溫控開關(guān)”應(yīng)閉合（選填“斷開”或“閉合”）．
在實際使用時發(fā)現(xiàn)，左右兩側(cè)電熱煎烤盤既可以同時使用，也可各自獨立使用，則左右兩燒烤盤電熱絲的連接方式應(yīng)為并聯(lián)．

額定 電壓	額定功率
220V	燒烤盤		湯鍋
	左盤	右盤	加熱	保溫
	800W	400W	1100W

（2）湯鍋加熱狀態(tài)正常工作時，通過R₁的電流為多少？當(dāng)湯鍋處于正常加熱狀態(tài)，將鍋中2.0kg水由20℃加熱到100℃，用時14min，求該電熱絲加熱狀態(tài)時的效率？[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（3）若R₀的電阻為56Ω，則該湯鍋保溫檔時的額定保溫功率為多少？（計算結(jié)果均保留兩位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）當(dāng)電流通過電阻時，電流做功而消耗電能，產(chǎn)生了熱量，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)；分析清楚電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)電功率公式分析答題；根據(jù)左右兩側(cè)電熱煎烤盤既可以同時使用，也可各自獨立使用，分析連接方式．
（2）知道加熱狀態(tài)下湯鍋的功率和電壓，根據(jù)P=UI求出工作時電路中的電流；
利用Q=cm△t可求得水吸收的熱量，利用W=Pt可求得消耗的電能，利用η=$\frac{Q}{W}$可求得該電熱絲加熱狀態(tài)時的效率．
（3）開關(guān)S斷開時，R₀與R₁串聯(lián)，電路中的總電阻最大，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出的保溫功率．R₀為限流電阻，主要起分圧作用，此時的保溫功率應(yīng)該是發(fā)熱電阻R₁的實際功率．

解答 解：（1）電火鍋工作時主要把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是利用電流熱效應(yīng)工作的．
由圖示電路圖可知，當(dāng)開關(guān)S₁接通，若溫控開關(guān)斷開時兩電阻串聯(lián)，此時電路電阻較大，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電路電功率較小，因此分析圖乙可知，當(dāng)開關(guān)S₁接通，湯鍋處于加熱狀態(tài)時，“溫控開關(guān)”應(yīng) 閉合狀態(tài)；
因為左右兩側(cè)電熱煎烤盤既可以同時使用，也可各自獨立使用，互不影響，所以左右兩燒烤盤電熱絲的連接方式應(yīng)為并聯(lián)；
（2）由P=UI可得，加熱狀態(tài)下湯鍋正常工作的電流：
I=$\frac{{P}_{加熱}}{U}$=$\frac{1100W}{220V}$=5A；
水吸收的熱量Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×2.0kg×（100℃-20℃）=6.72×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，消耗的電能W=Pt=1100W×14×60s=0.25×3.6×10⁶J=9.24×10⁵J，
電磁爐的效率η=$\frac{Q}{W}$×100%=$\frac{6.72×1{0}^{5}J}{9.24×1{0}^{5}J}$×100%≈72.73%．
（3）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{1100W}$=44Ω，
湯鍋處于保溫狀態(tài)時，R₀與R₁串聯(lián)，
此時電路中的電流I′=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{0}}$=$\frac{220V}{44Ω+56Ω}$=$\frac{11}{5}$A，
R₀為限流電阻，主要起分圧作用，此時的保溫功率應(yīng)該是發(fā)熱電阻R₁的實際功率；
保溫功率：P_保溫=（I′）²R₁=${（\frac{11}{5}A）}^{2}$×44Ω=212.96W．
故答案為：（1）電流的熱效應(yīng)；閉合；并聯(lián)；
（2）湯鍋加熱狀態(tài)正常工作時，通過R₁的電流為5A；該電熱絲加熱狀態(tài)時的效率為72.73%
（3）若R₀的電阻為56Ω，則該湯鍋保溫檔時的額定保溫功率為212.96W．

點評 本題考查了電功率公式、吸熱公式、電功公式、效率公式的綜合應(yīng)用，關(guān)鍵是湯鍋所處狀態(tài)的判斷．