Question

19．如圖1甲是一臺常用的電熱飲水機(jī)，乙圖是它的電路原理圖，如表是它的銘牌數(shù)據(jù)，電路的工作原理是S是溫控開關(guān)，R₁是加熱電阻，R₂是定值電阻．當(dāng)溫控開關(guān)S接a時，R₁接入電路，電路處于加熱狀態(tài)；當(dāng)達(dá)到一定溫度時，溫控開關(guān)S自動從a切換到b，電路處于保溫狀態(tài)，（R₁R₂阻值不隨溫度變化而變化）

水桶容量	20L
熱水箱容量	1L
額定電壓	220V
額定加熱功率	440W
額定保溫功率	44W

（1）根據(jù)上述要求，請在圖乙中將電路圖連接完整．
（2）在加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時電路中的電流是多大？
（3）保溫功率是指整個電路消耗的功率．飲水機(jī)正常工作時，在保溫狀態(tài)下，R₁的功率是多少？
（4）飲水機(jī)正常工作時，將熱水箱中的水從10℃加熱到98℃，需要20min．求此加熱過程中，飲水機(jī)的加熱效率？
（5）在用電高峰期，讓飲水機(jī)單獨(dú)工作加熱水，觀察標(biāo)有“3000R/kW•h”字樣的電能表在6min內(nèi)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了120轉(zhuǎn)，則此時飲水機(jī)的實際加熱功率為400W，實際電壓＜額定電壓（選填“＞”“=”“＜”），原因是由于用電高峰期輸送導(dǎo)線兩端有較大的電壓．
（6）如圖2所示是電熱飲水機(jī)的三角插頭和插座．插頭上標(biāo)有字母E的導(dǎo)線要和飲水機(jī)的金屬外殼相連；飲水機(jī)正常工作時插頭上標(biāo)有字母L、N的兩腳間的電壓是220V．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)溫控開關(guān)S接a時，R₁接入電路，電路處于加熱狀態(tài)；當(dāng)達(dá)到一定溫度時，溫控開關(guān)S自動從a切換到b，處于保溫狀態(tài)，根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，保溫狀態(tài)下電阻應(yīng)變大，所以由電路圖知，可以將電阻R₁與R₂串聯(lián)接入電路，據(jù)此連接電路即可；
（2）由飲水機(jī)銘牌可知，飲水機(jī)的額定電壓是220V，加熱功率是440W，由電功率的變形公式I=$\frac{P}{U}$可以求出飲水機(jī)在加熱狀態(tài)下正常工作時的電流．
（3）由于電路處于加熱狀態(tài)R₁接入電路，根據(jù)公式R=$\frac{U}{I}$求出R₁的阻值，根據(jù)公式P=UI求出處于保溫狀態(tài)的電流，利用P=I²R求保溫狀態(tài)下，R₁的功率；
（4）由飲水機(jī)銘牌知，熱水箱的容積是1L，由m=ρV求出水的質(zhì)量，然后由吸熱公式Q=cm△t求出水所吸收的熱量；
由公式W=Pt求出電熱水器做的功，最后求出飲水的加熱效率．
（5）已知消耗1kw•h的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動3000轉(zhuǎn)，可求轉(zhuǎn)120轉(zhuǎn)消耗的電能，根據(jù)公式P=$\frac{W}{t}$可求該電器消耗的實際功率．與額定功率比較即可，根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可判斷功率變化的原因；
（6）三孔插座中，上面的接地線，左面的接零線，右面的接火線，簡稱“上地、左零、右火”，零線和火線間的電壓是220V．

解答 解：（1）當(dāng)溫控開關(guān)S接a時，R₁接入電路，電路處于加熱狀態(tài)；當(dāng)達(dá)到一定溫度時，溫控開關(guān)S自動從a切換到b，處于保溫狀態(tài)，根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，保溫狀態(tài)下電阻應(yīng)變大，所以由電路圖知，可以將電阻R₁與R₂串聯(lián)接入電路，如圖：

（2）加熱時，由P=UI得：
飲水機(jī)的工作電流I_加熱=$\frac{{P}_{加熱}}{U}$=$\frac{440W}{220V}$=2A；
（3）由I=$\frac{U}{R}$得：
在加熱狀態(tài)下，R₁=$\frac{U}{{I}_{加熱}}$=$\frac{220V}{2A}$=110Ω；
由P=UI得：在保溫狀態(tài)下，飲水機(jī)的工作電流I_保溫=$\frac{{P}_{保溫}}{U}$=$\frac{44W}{220V}$=0.2A；
則在保溫狀態(tài)下，R₁的功率P₁=（I_保溫）²R₁═（0.2A）²×110Ω=4.4W；
（4）水的質(zhì)量m=ρV=1.0×10³kg/m³×1×10^-3m³=1kg，
水吸收的熱量Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×1kg×（98℃-20℃）=3.276×10⁵J；   
加熱時，飲水機(jī)做功W_電=P_加t=440W×20×60s=5.28×10⁵J，
飲水機(jī)的效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{W}_{電}}$×100%=$\frac{3.276×1{0}^{5}J}{5.28×1{0}^{5}J}$×100%≈62%；
（5）轉(zhuǎn)120轉(zhuǎn)消耗的電能W=$\frac{1kW•h}{3000R}$×120R=0.04kW•h，
此時消耗的實際功率P_實=$\frac{W}{t}$=$\frac{0.04kW•h}{6×\frac{1}{60}h}$=0.4kw=400W＜440W，
所以P_實＜P_額，由于電阻絲的阻值不變，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知：實際電壓小于額定電壓，原因是由于用電高峰期輸送導(dǎo)線兩端有較大的電壓；
（6）三腳插頭的E號腳與用電器外殼相連，當(dāng)三腳插頭插入三孔插座時，三腳插頭的E號腳與三孔插座的E號相連，使金屬外殼與大地相連通，若金屬外殼的用電器外殼帶電，電流會通過地線導(dǎo)入大地，防止造成觸電事故的發(fā)生；L、N腳分別連接電路的零線和火線，兩腳間的電壓就是火線和零線之間的電壓，即220V．
答：（1）電路圖如上圖．
（2）在加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時電路中的電流是2A；
（3）飲水機(jī)正常工作時，在保溫狀態(tài)下，R₁的功率是4.4W；
（4）此加熱過程中，飲水機(jī)的加熱效率為62%；
（5）440；＜；由于用電高峰期輸送導(dǎo)線兩端有較大的電壓．
（6）金屬外殼；220．

點(diǎn)評 本題是一道關(guān)于電熱飲水機(jī)的計算題，雖然難度不大，但問題較多，解題時要細(xì)心、認(rèn)真，根據(jù)飲水機(jī)銘牌找出需要的數(shù)據(jù)，選擇恰當(dāng)?shù)奈锢韺W(xué)公式解題．