Question

李佳同學家里的電熱飲水機有加熱和保溫兩種狀態，這兩種狀態輪流工作，完全由溫控開關S₀自動控制：當膽內水的溫度被加熱到90℃時，加熱狀態就停止而進入保溫狀態；當膽內水的溫度降到60℃時，加熱狀態就啟動．李佳同學通過觀察還發現：當膽內裝有1kg的水時，飲水機的加熱狀態每次只啟動5min就停止．問：
（1）請畫出電熱飲水機的工作原理圖，R₁=1210?，R₂=100?．
（2）溫控開關S₀在什么狀態（斷開或閉合）時，飲水機處于保溫狀態？這時飲水機的電功率是多少？
（3）在加熱狀態中，飲水機把電能轉化為水的內能的效率是多少？（已知水的比熱容是C_水=4.2×10³J/（kg?℃）
（4）李佳覺得這種電熱飲水機總是處于加熱和保溫兩種狀態輪流工作很浪費電能，請你就此現象提出節能措施．

Answer 1

分析：（1）由P=

U2

R

可知，在電壓U一定時，電阻R大，電功率越小，因此電熱飲水機處于保溫狀態時，
大電阻接入電路，可以讓兩電阻并聯，溫控開關與阻值較小的R₂串聯，據此設計電路．
（2）根據電路圖及電功率公式分析答題；由電功率公式求出保溫時的功率．
（3）求出水吸收的熱量，求出加熱狀態時電熱飲水機產生的熱量，然后由效率公式求出電熱飲水機的效率．
（4）加熱完畢關閉開關，可以節約電能，避免浪費．

解答：解：（1）由P=

U2

R

可知，在電壓U一定時，電阻R大，電功率越小，因此電熱飲水機處于保溫狀態時，因此飲水機處于保溫狀態時，電阻R₂接入電路，處于加熱狀態時，兩電阻可以并聯接入電路，電路圖如圖所示．
（2）由電路圖可知，溫控開關S₀斷開時，只有電阻R₁接入電路，此時飲水機功率小，飲水機處于保溫狀態；飲水機的功率：P_保溫=

U2

R1

=

(220V)2

1210Ω

=40W；
（3）加熱時，水吸收的熱量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×1kg×（90℃-60℃）=1.26×10⁵J，
飲水機消耗的電能W=Pt=（

U2

R1

+

U2

R2

）t=（

(220V)2

1210Ω

+

(220V)2

100Ω

）×300s=1.572×10⁵J，
飲水機的效率η=

Q

W

×100%=

1.26×105J

1.572×105J

×100%≈80%；
（4）為了避免反復加熱而浪費能量，可以在加熱結束后關閉飲水機電源．
答：（1）電路圖如圖所示．
（2）溫控開關S₀在什么狀態斷開時，飲水機處于保溫狀態，此時功率是40W．
（3）飲水機加熱時的效率是80%．
（4）為了避免反復加熱而浪費能量，可以在加熱結束后關閉飲水機電源．

點評：熟練應用電功率公式、并聯電路特點、熱量公式即可正確解題；本題的難點是設計電路圖．