Question

有一种电饭锅（如图甲），它上面的铭牌如图乙所示，内部电路如图丙所示．R₁是加热电阻，R₂是限流电阻，R₂的阻值为484Ω．煮饭时接通220V电源，闭合手动开关S₁，电饭锅处在加热状态．当锅内食物温度达到103℃时，开关S₁会自动断开，断开后若无外力作用则不会自动闭合．S₂是一个自动温控开关，当锅内食物温度达到80℃时会自动断开，温度低于70℃时会自动闭合．
问：
（1）若接通电源后没有闭合开关S₁，那么电饭锅能将饭煮熟吗？为什么？
（2）在一个标准大气压下若用这种电饭锅烧水，则开关S₁的自动断电功能不起作用，这是为什么？
（3）在加热情况下，求R₁的阻值？在保温情况下，电饭锅消耗的电功率是多少？
（4）对于电饭锅的设计你有什么建议？若一次用该电饭锅烧一满锅初温为25℃的冷水至100℃，用了18分钟，则此次烧水的效率是多少？

Answer

（1）根据开关S2的工作特点分析答题．
（2）根据一个标准电压下水的沸点及开关S1的工作特点分析答题．
（3）由题意及电路图可知：在加热时，R2短路，电路为R1的简单电路，
根据铭牌可知电饭锅的最大功率，由电功率的变形公式可以求出R1的阻值；
根据串联电路的电阻特点和电功率公式P=可以求出在保温状态下电饭锅消耗的电功率．
（4）为了安全，防止触电事故的发生，应使用接地的三孔插座；
由电功公式求出电饭锅消耗的电能，由热量公式求出水吸收的热量，然后由效率公式求出电饭锅的效率．
【解析】
（1）由题意知，当温度达到80℃时，开关S2会自动断开，温度低于70℃时，S2会自动闭合，
由此可知：如果不闭合开关S1，则电饭锅能达到的最大温度是80℃，不能把饭煮熟．
（2）在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，用该电饭锅烧水，锅内水的最高温度为100℃，
锅内温度达不到103℃，所以开关S1不能自动断开，故开关S1不能起作用．
（3）在加热时，R2短路，电路为R1的简单电路，此时电路的最大功率为1000W，
∵P=，∴电阻所以R1===48.4Ω；
保温时，R1与R2串联，则保温时电饭锅消耗的电功率：
P==≈90.9W．
（4）为了保证安全，应使用接地的三孔插座；
电饭锅消耗的电能W=Pt=1000W×18×60s=1.08×106J，
电饭锅装满水时，水的质量m=ρV=1×103kg/m3×3×10-3m3=3kg，
水吸收的热量Q=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×3kg×（100℃-25℃）=9.45×105J，
则烧水的效率η=×100%=×100%=87.5%；
答：（1）不能，因为当锅内温度达到80℃时，S2自动断开，电饭锅进入保温状态．
（2）因为在一个标准大气压下，水的沸点是100℃，达不到103℃，所以S1不会自动断开．
 （3）电阻R1的阻值是48.4Ω；在保温情况下，电饭锅消耗的电功率是90.9W．
 （4）应使用三孔插座，安装地线，电饭锅烧水的效率是87.5%．