有一种WSJ-60型号电水壶,图4是电水壶的电路图,L1为电源指示灯、L2

有一种WSJ-60型号电水壶,图4是电水壶的电路图,L1为电源指示灯、L2为保温指示灯、L3为加热指示灯,R1R2R3为指示灯的保护电阻,其大小为100kΩ左右;R为加热器,其电阻小于100Ω;S1S2为压键开关;ST温控器是一个双金属片温控开关,当温度较低时,其处于闭合状态,当温度升高到一定值后,会自动断开,从而实现了自动温度开关控制。当水壶放在底座上时,就分别压下压键开关S1S2,并接通电路,如果插头插入插座后,就接通了电源,电源指示灯就亮,反之就断开。该壶有手动和自动两种工作状态。当钮子开关拨到手动挡时,加热电阻连入,开始加热,水沸腾以后再将钮子开关拨回。当钮子开关拨到自动挡时,此时通过ST温控器将加热电阻连入,并开始加热;当水沸腾后,ST温控器的触点断开,进入保温状态,保温指示灯亮;当水的温度低于某温度后,ST温控器又重新接通,再次进入加热状态。若加热器电阻阻值随温度改变而发生的变化可忽略不计,根据以上叙述与观察,请回答以下问题。

    1.在下列空格中填写“亮”或“不亮”

    (1)手动状态通电工作时,电源指示灯         ,加热指示灯         ,保温指示灯        

    (2)自动状态通电工作时,水沸腾前:电源指示灯         ,加热指示灯         ,保温指示灯         。水沸腾后:电源指示灯         ,加热指示灯         ,保温指示灯        

2.现将一满壶25的水在标准大气压下烧开需时10min,请计算该电水壶的热效率。水的比热容c=4.2×103J(kg·℃)

3.通过分析电水壶的电路,说明为什么处于自动状态下,水未沸腾前,保温指示灯是不亮的?

    4.试计算电水壶正常工作时其加热电阻的阻值是多大?如果指示灯的保护电阻的大小是100kΩ,当它处于保温状态时,试计算电水壶保温时的功率有多大?由此可以说明什么问题?

答案

1.(1)亮,亮,不亮;2分)(说明:全对为2分,答错一个扣一分,直到扣完2分为止)

2)亮,亮,不亮;亮,不亮,亮。4分)

(说明:全对为4分,答错一个扣一分,直到扣完4分为止)

2 Q=cρVt1-t0=3.15×105J …1分)

Q =600W×10×60s=3.6×105J …1分)

η= Q/Q=87.5% …1分)

3.当电水壶处于自动状态下,水未沸腾前,保温指示灯与ST双金属片温控器并联,1分)

ST双金属片温控器处于联通短路状态,1分)

所以保温指示灯被短路不亮。1分)

4.由P=U2/R得电水壶正常工作时其加热电阻的阻值

R =U2/ P=80.7Ω …1分)

保温状态时,通过电热器的电流

I=U/R1+RL1+R2)<U/R2=2.2×10-3A …1分)

就以这个电流计算,保温状态时电热器的发热功率为

P=I2R=3.9×10-4W …1分)

即可以近似认为不发热。所以保温状态下的水温逐渐降低。

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