Question

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S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．如图是该饮水机的电路原理图．李佳同学通过观察还发现：当胆内装有1千克水时，饮水机的加热状态每次只启动5分钟就停止．问：
（1）温控开关S在何种状态（断开或闭合）时，饮水机处在保温状态？这时饮水机的电功率是多少？
（2）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？[已知水的比热容为4.2×10³J/]

Answer

（1）电源电压不变，根据开关S的通断可得出电路中不同的阻值，则根据功率公式可求得不同的功率，根据功率的大小可判定保温状态，并能求出电功率；
（2）由题意可知加热状态的功率，则由电功公式可求得加热水所消耗的电能；由水的比热公式可求得水升高的90℃时所需要的热量，由可求得饮水机的效率．
【解析】
（1）当S断开时，只有R1接入电路；而当S闭合时，电路中两电阻并联，则总电阻小于R1的阻值，则由功率公式P=得，S闭合时，电路中功率大，S闭合时，为加热状态；当S断开时，为保温状态；此时饮水机的电功率P===40W；
（2）加热时水升温吸收的热量Q=mc△t=1kg×4.2×103J/（kg•℃）×（90℃-60℃）=1.26×105J；
饮水机加热所需时间t=5min=5×60s=300s；
饮水机消耗的电能W=（）t=[]×300s=1.572×105J；
则饮水机的电能转化为内能的效率为η=≈80.2%．
答：（1）当S断开时，饮水机处于保温状态，此时饮水机的电功率为40W； （2）饮水机的电能转化为内能的效率为80.2%．