Question

1．如圖所示，是家用保溫式電壓力鍋的電路原理圖，S是手動、溫控一體開關(guān)--必須用外力按下才能閉合，但當鍋底溫度達到大約103℃以上時，會自動彈起斷開進入保溫狀態(tài)．已知R₂=792Ω，電飯鍋的額定加熱功率為550W．

額定電壓	220V
額定頻率	50Hz
容積	3L
額定功率	550W
電熱效率	84%

（1）電壓力鍋內(nèi)的水可以加熱到103℃才沸騰，是因為液體表面的氣壓增大使液體的沸點升高．給水加熱時開關(guān)S應(yīng)該處于閉合（選填“斷開”或“閉合”）狀態(tài)．
（2）當電壓力鍋處于保溫狀態(tài)時，保溫功率是多大？
（3）當電壓力鍋處于正常加熱狀態(tài)時，將2kg的水從20℃加熱到75℃需要多少時間？

Answer 1

分析 （1）液體的沸點與氣壓有關(guān)，氣壓越大沸點越高；
當S閉合時，電阻R₂被短路，此時電路消耗的功率為P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$；當S斷開時，兩只電阻串聯(lián)，電路消耗的功率為P′=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$．比較P和P′大小確定兩種情況對應(yīng)的工作狀態(tài)；
（2）根據(jù)P′=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$可求得保溫功率的大小
（3）已知水的比熱容、質(zhì)量、初溫度和末溫度，可以得到水吸收的熱量；已知壓力鍋的電熱效率和需要的熱量，可以得到消耗的電能；已知消耗的電能和加熱功率，可以得到工作時間．

解答 解：
（1）液體沸點隨氣壓的增大而升高，在標準大氣壓下水的沸點是100℃，當液體表面的氣壓大于標準大氣壓時，水的沸點會高于100℃，達到103℃；
當S閉合時，電阻R₂被短路，電路消耗的功率為P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$；
當S斷開時，兩只電阻串聯(lián)，電路消耗的功率為P′=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$，
因為P＞P′，所以S閉合時為加熱狀態(tài)，
（2）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，R₁的阻值：
R₁=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{550W}$=88Ω，
當S斷開時，壓力鍋的保溫功率：P_保溫=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{88Ω+792Ω}$=55W；
（3）水吸收的熱量：Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×2kg×（75℃-20℃）=4.62×10⁵J；
因為電熱效率η=$\frac{Q}{W}$，
所以消耗的電能：W=$\frac{Q}{η}$=$\frac{4.62×1{0}^{5}J}{84%}$=5.5×10⁵J；
由P=$\frac{W}{t}$可得，電壓力鍋正常工作時間：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{5.5×1{0}^{5}J}{550W}$=1000s．
答：（1）液體表面的氣壓；閉合；
（2）當電壓力鍋處于保溫狀態(tài)時，保溫功率是55W；
（3）當電壓力鍋處于正常加熱狀態(tài)時，將2kg的水從20℃加熱到75℃需要1000s時間．

點評 此題是一道綜合應(yīng)用題，考查的知識點較多，包括液體沸點與氣壓的關(guān)系、熱量計算公式、效率計算公式、串聯(lián)電路特點、歐姆定律和電功率計算公式，讀懂題意，確定開關(guān)開合對應(yīng)的電路工作狀態(tài)，是解答此題的基礎(chǔ)．