Question

如图所示是家庭、宾馆常用的电热水壶及其电路原理图．电热水壶最多能装1L的水，有加热和保温两个档，定值电阻R₁的阻值为2156Ω，电热丝R₂的阻值为44Ω．（1）开关S₁、S₂分别处于什么状态时，电热水壶处于加热状态？此时电热水壶的电功率是多少？
（2）在1标准大气压下将一壶30℃的水烧开需要5分钟．则烧开这壶水消耗的电能是多少？在这次烧水中，电能转化为热的效率是多少？

Answer

（1）根据公式P=可知，电阻越小，电功率越大；当开S1闭合、S2断开时，两电阻串联，当开关S2闭合时，只有R1工作；根据P=求出电热水壶加热状态的电功率．
（2）根据W=Pt求出烧开这壶水消耗的电能，根据Q=cm△t求出吸收的热量，吸收的热量与消耗的电能的比值就是电饭锅把电能转化为内能的效率．
【解析】
（1）当开关S1、S2都闭合时，只有R1工作，电路电阻最小，功率最大，
所以此时电热水壶处于加热状态；
此时电热水壶的电功率为P加热===1100W．
（2）烧开这壶水消耗的电能为W=Pt=1100W×300S=3.3×105J，
水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg，
吸收的热量为Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃-30℃）=2.94×105J
电能转化为热的效率为η==≈89%．
答：（1）S1、S2都闭合时电热水壶处于加热状态；电热水壶的加热功率为1100W；
（2）烧开这壶水消耗的电能为3.3×105J；电能转化为热的效率约为89%．