试题

李佳同学家里的电热饮水机有加热和保温两种状态，这两种状态轮流工作，完全由温控开关S₀自动控制：当胆内水的温度被加热到90℃时，加热状态就停止而进入保温状态；当胆内水的温度降到60℃时，加热状态就启动．李佳同学通过观察还发现：当胆内装有1kg的水时，饮水机的加热状态每次只启动5min就停止．问：
（1）请画出电热饮水机的工作原理图，R₁=1210·，R₂=100·．
（2）温控开关S₀在什么状态（断开或闭合）时，饮水机处于保温状态？这时饮水机的电功率是多少？
（3）在加热状态中，饮水机把电能转化为水的内能的效率是多少？（已知水的比热容是C_水=4.2×10³J/（kg·℃）
（4）李佳觉得这种电热饮水机总是处于加热和保温两种状态轮流工作很浪费电能，请你就此现象提出节能措施．

解：（1）由P=

U2

R

可知，在电压U一定时，电阻R大，电功率越小，因此电热饮水机处于保温状态时，因此饮水机处于保温状态时，电阻R₂接入电路，处于加热状态时，两电阻可以并联接入电路，电路图如图所示．
（2）由电路图可知，温控开关S₀断开时，只有电阻R₁接入电路，此时饮水机功率小，饮水机处于保温状态；饮水机的功率：P_保温=

U2

R1

=

(220V)2

1210Ω

=40W；
（3）加热时，水吸收的热量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg·℃）×1kg×（90℃-60℃）=1.26×10⁵J，
饮水机消耗的电能W=Pt=（

U2

R1

+

U2

R2

）t=（

(220V)2

1210Ω

+

(220V)2

100Ω

）×300s=1.572×10⁵J，
饮水机的效率η=

Q

W

×100%=

1.26×105J

1.572×105J

×100%≈80%；
（4）为了避免反复加热而浪费能量，可以在加热结束后关闭饮水机电源．
答：（1）电路图如图所示．
（2）温控开关S₀在什么状态断开时，饮水机处于保温状态，此时功率是40W．
（3）饮水机加热时的效率是80%．
（4）为了避免反复加热而浪费能量，可以在加热结束后关闭饮水机电源．
解：（1）由P=

U2

R

可知，在电压U一定时，电阻R大，电功率越小，因此电热饮水机处于保温状态时，因此饮水机处于保温状态时，电阻R₂接入电路，处于加热状态时，两电阻可以并联接入电路，电路图如图所示．
（2）由电路图可知，温控开关S₀断开时，只有电阻R₁接入电路，此时饮水机功率小，饮水机处于保温状态；饮水机的功率：P_保温=

U2

R1

=

(220V)2

1210Ω

=40W；
（3）加热时，水吸收的热量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg·℃）×1kg×（90℃-60℃）=1.26×10⁵J，
饮水机消耗的电能W=Pt=（

U2

R1

+

U2

R2

）t=（

(220V)2

1210Ω

+

(220V)2

100Ω

）×300s=1.572×10⁵J，
饮水机的效率η=

Q

W

×100%=

1.26×105J

1.572×105J

×100%≈80%；
（4）为了避免反复加热而浪费能量，可以在加热结束后关闭饮水机电源．
答：（1）电路图如图所示．
（2）温控开关S₀在什么状态断开时，饮水机处于保温状态，此时功率是40W．
（3）饮水机加热时的效率是80%．
（4）为了避免反复加热而浪费能量，可以在加热结束后关闭饮水机电源．