Question

有一種電飯鍋（如圖甲），它上面的銘牌如圖乙所示，內(nèi)部電路如圖丙所示．R₁是加熱電阻，R₂是限流電阻，R₂的阻值為484Ω．煮飯時(shí)接通220V電源，閉合手動(dòng)開關(guān)S₁，電飯鍋處在加熱狀態(tài)．當(dāng)鍋內(nèi)食物溫度達(dá)到103℃時(shí)，開關(guān)S₁會(huì)自動(dòng)斷開，斷開后若無外力作用則不會(huì)自動(dòng)閉合．S₂是一個(gè)自動(dòng)溫控開關(guān)，當(dāng)鍋內(nèi)食物溫度達(dá)到80℃時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開，溫度低于70℃時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合．

問：
（1）若接通電源后沒有閉合開關(guān)S₁，那么電飯鍋能將飯煮熟嗎？為什么？
（2）在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下若用這種電飯鍋燒水，則開關(guān)S₁的自動(dòng)斷電功能不起作用，這是為什么？
（3）在加熱情況下，求R₁的阻值？在保溫情況下，電飯鍋消耗的電功率是多少？
（4）對(duì)于電飯鍋的設(shè)計(jì)你有什么建議？若一次用該電飯鍋燒一滿鍋初溫為25℃的冷水至100℃，用了18分鐘，則此次燒水的效率是多少？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)開關(guān)S₂的工作特點(diǎn)分析答題．
（2）根據(jù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓下水的沸點(diǎn)及開關(guān)S₁的工作特點(diǎn)分析答題．
（3）由題意及電路圖可知：在加熱時(shí)，R₂短路，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，
根據(jù)銘牌可知電飯鍋的最大功率，由電功率的變形公式可以求出R₁的阻值；
根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)和電功率公式P=

U2

R

可以求出在保溫狀態(tài)下電飯鍋消耗的電功率．
（4）為了安全，防止觸電事故的發(fā)生，應(yīng)使用接地的三孔插座；
由電功公式求出電飯鍋消耗的電能，由熱量公式求出水吸收的熱量，然后由效率公式求出電飯鍋的效率．

解答：解：（1）由題意知，當(dāng)溫度達(dá)到80℃時(shí)，開關(guān)S₂會(huì)自動(dòng)斷開，溫度低于70℃時(shí)，S₂會(huì)自動(dòng)閉合，
由此可知：如果不閉合開關(guān)S₁，則電飯鍋能達(dá)到的最大溫度是80℃，不能把飯煮熟．
（2）在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)是100℃，用該電飯鍋燒水，鍋內(nèi)水的最高溫度為100℃，
鍋內(nèi)溫度達(dá)不到103℃，所以開關(guān)S₁不能自動(dòng)斷開，故開關(guān)S₁不能起作用．
（3）在加熱時(shí)，R₂短路，電路為R₁的簡(jiǎn)單電路，此時(shí)電路的最大功率為1000W，
∵P=

U2

R

，∴電阻所以R₁=

U2

P最大

=

(220V)2

1000W

=48.4Ω；
保溫時(shí)，R₁與R₂串聯(lián)，則保溫時(shí)電飯鍋消耗的電功率：
P=

U2

R1+R2

=

(220V)2

484Ω+48.4Ω

≈90.9W．
（4）為了保證安全，應(yīng)使用接地的三孔插座；
電飯鍋消耗的電能W=Pt=1000W×18×60s=1.08×10⁶J，
電飯鍋裝滿水時(shí)，水的質(zhì)量m=ρV=1×10³kg/m³×3×10^-3m³=3kg，
水吸收的熱量Q=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×3kg×（100℃-25℃）=9.45×10⁵J，
則燒水的效率η=

Q

W

×100%=

9.45×105J

1.08×106J

×100%=87.5%；
答：（1）不能，因?yàn)楫?dāng)鍋內(nèi)溫度達(dá)到80℃時(shí)，S₂自動(dòng)斷開，電飯鍋進(jìn)入保溫狀態(tài)．
（2）因?yàn)樵谝粋�(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)是100℃，達(dá)不到103℃，所以S₁不會(huì)自動(dòng)斷開．
 （3）電阻R₁的阻值是48.4Ω；在保溫情況下，電飯鍋消耗的電功率是90.9W．
 （4）應(yīng)使用三孔插座，安裝地線，電飯鍋燒水的效率是87.5%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電飯鍋開關(guān)的作用、串電路的特點(diǎn)、電功率公式的靈活運(yùn)用，關(guān)鍵是知道一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓下水的沸點(diǎn)是100℃以及“當(dāng)鍋內(nèi)食物溫度達(dá)到 103℃時(shí)，開關(guān)S₁會(huì)自動(dòng)斷開”這一條件的具體應(yīng)用．