Question

如圖所示是一種電壓力鍋簡易原理圖,A為密閉鍋體,鍋蓋面積為400cm²。R₁為工作時的加熱電阻,L為指示燈,其電阻為20Ω,R₂為保溫電阻,S₁為電源開關,S₂為壓力開關，閉合S₁后，電路通過R₁對電力壓力鍋加熱，當鍋內氣體壓強達到設定值時，水開始沸騰，鍋底向下移動，壓力開關與觸點a斷開，并與 b點接通，起到控壓控溫的目的，此時保溫電路的總功率為20W。

表一 水的沸點T與氣體壓強p 的關系
T/℃	100	105	110	112	114	116	118	120
p/kpa	101	121	143	154	163	175	187	199

 

表二 電壓力鍋的銘牌
額定電壓	加熱功率	壓強設定值
220 V	1000W	175kpa

 
（1）當鍋內121kpa時，鍋內氣體對鍋蓋的壓力是多少？
（2）保溫電阻R₂的阻值多大？
（3）已知鍋內水的質量為m，初溫為T₀、比熱容為c，為了求出電壓鍋從開始加熱到鍋氣壓到設定值時的效率，只要測出閉合開關S₁到電路中        的時間為t，就可推導出效率的表達式η=           （用已知量表示）

Answer 1

（1）當鍋內氣體壓強為121kPa時，鍋內氣體對鍋蓋的壓力是4840N；
（2）保溫電阻R₂的阻值為2400Ω；
（3）指示燈亮，

試題分析：（1）
∴鍋內氣體對鍋蓋的壓力：
F=ps=121×10³Pa×400×10^-4m²=4840N；
（2）
∴保溫時電路總電阻：

∵R=R₂+R_L，
∴R₂=R-R_L=2420Ω-20Ω=2400Ω；
（3）由表二知道鍋內氣體壓強設定值p=175kPa、壓力鍋的功率為1000W，由表一可知此時鍋內溫度為116℃，測出閉合開關S₁到電路中指示燈亮的時間t，
壓力鍋消耗的電能：
W_電=Pt=1000W×t，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=cm（116℃-T₀），
壓力鍋的效率：
答：（1）當鍋內氣體壓強為121kPa時，鍋內氣體對鍋蓋的壓力是4840N；
（2）保溫電阻R₂的阻值為2400Ω；
（3）指示燈亮，
點評：本題為電學和力學綜合題，要求靈活運用壓強公式、電功率公式、吸熱公式、效率公式．