Question

16．智能潔具    智能潔具（智能馬桶、全自動(dòng)洗碗機(jī)、智能浴缸等），具有溫水洗凈、暖風(fēng)烘干、殺菌等功能，已進(jìn)入百姓家庭．
    某智能潔具為確保安全，插頭帶漏電保護(hù)裝置，工作原理如圖甲，連接潔具的火線與零線穿過(guò)環(huán)形鐵芯，正常工作時(shí)，兩線中的電流相等；若火線與零線中的電流不等，繞在鐵芯上的線圈會(huì)產(chǎn)生電流，經(jīng)放大后通過(guò)電磁鐵吸起鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)S切斷電源．
    這種潔具裝有紅外線感應(yīng)裝置，當(dāng)人靠近時(shí)，感應(yīng)裝置自動(dòng)升起潔具蓋子；啟動(dòng)洗凈功能，加熱器將水快速加熱至溫控裝置預(yù)設(shè)的溫度，水泵噴水實(shí)施清洗，噴水桿采用納米銀（直徑為納米級(jí)的銀單質(zhì)）材料，殺菌效果好；清洗結(jié)束，暖風(fēng)烘干機(jī)自動(dòng)開(kāi)啟烘干功能．表一為該潔具的部分參數(shù)，表二為水泵的性能測(cè)試參數(shù)（表中流量指單位時(shí)間內(nèi)水泵抽送水的體積；揚(yáng)程指水泵能將水提升的高度）．
表一

額定電壓	220V	清洗噴水量	0.8L/min～1.2L/min
烘干機(jī)額定功率	180W	加熱器額定功率	2100W

（1）該智能潔具應(yīng)選用兩線插頭．當(dāng)圖甲電磁鐵線圈中電流從a流向b時(shí)，電磁鐵下端是N極．
（2）潔具正常工作，按最大噴水量用設(shè)定為38℃的溫水清洗，加熱器的效率為多少[水的比熱容c=4.2×10^-3 J/（kg•℃），室溫為18℃]
（3）圖乙為潔具的溫控裝置原理圖．R₁是滑動(dòng)變阻器，R₂是熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小．當(dāng)R₁兩端電壓U₁增大到一定值時(shí)，控制電路將切斷加熱電路實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制．
電源電壓設(shè)定為10V，當(dāng)R₁接入電路的阻值為6Ω時(shí)，R₂的電功率為4W，此時(shí)加熱電路恰好被切斷．若預(yù)設(shè)的水溫相對(duì)較高，則控制電壓U₁是多少6V．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)智能潔具的電路圖可知，只有火線和零線可確定答案，根據(jù)右手螺旋定則可知電磁鐵的磁極；
（2）根據(jù)清洗噴水量可知水的體積，利用密度公式可求水的質(zhì)量，利用Q=cm△t可求得水吸收的熱量，利用P=$\frac{W}{t}$可求消耗的電能，然后利用η=$\frac{Q}{W}$可求得加熱器的效率；
（3）根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)，利用P=UI可求得U₁，然后根據(jù)題意由于要使得水溫度較高，則R₂的電阻較小，電路中的電流較大，則必須使得U₁較大．

解答 解：（1）由甲圖可知，只有火線和零線，選兩線插頭即可；
當(dāng)圖甲電磁鐵線圈中電流從a流向b時(shí)，由右手沿著電流方向抓住螺線管，則大拇指朝下，即螺線管下端為N極，上端為S極，
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$可得，每分鐘噴出水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×1.2×10^-3m³=1.2kg，
水吸收的熱量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×1.2kg×（38℃-18℃）=1.008×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$可得：
W_電=Pt′=2100W×60s=1.26×10⁵J，
加熱效率：
η=$\frac{Q}{W}$×100%=$\frac{1.008×1{0}^{5}J}{1.26×1{0}^{5}J}$×100%=80%；
（3）設(shè)R₁=6Ω時(shí)，R₁兩端的電壓為U₁，此時(shí)電路中的電流I=$\frac{{U}_{1}}{6Ω}$，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，熱敏電阻兩端的電壓U₂=U-U₁=10V-U₁，
由P=UI可得，R₂的電功率P₂=（10V-U₁）×$\frac{{U}_{1}}{6Ω}$=4W，
解得U₁=4V或U₁=6V，
由于要使得水溫度較高，則R₂的電阻較小，電路中的電流較大，則必須使得U₁較大，設(shè)計(jì)為6V．
答：（1）兩；N；
（2）加熱器的效率為80%；
（3）6．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了插頭的選取和右手定則、密度公式、吸熱公式、電功公式、效率公式、串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，有一定的難度．