Question

无内胆饮水机的电路原理如图所示，电热丝R₁、R₂都绕在出水管上，水经过出水管时被加热，通过改变开关S的通、断状态，可以选择出温水或开水．该饮水机的铭牌如表．忽略电热丝R₁、R₂的阻值随温度的变化，不计各种热损失，水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）．

额定电压	220V
开水加热功率	2200W
温水加热功率	1100W

（1）现在需要100℃的开水200g，已知水的初温是20℃，水需要吸收多少热量？

（2）当饮水机处于开水加热状态时，加热上述水需要多少时间？（保留一位小数）

（3）S处于什么状态时饮水机是温水加热状态？为什么？

Answer

（1）水需要吸收6.72×104J的热量；

（2）加热上述水需要30.5s；

（3）当开关S断开时，饮水机处于温水加热状态；因为电阻R1和R2串联接入电路，此时电路中的电阻最大，根据公式P=可知电压不变，电阻越大，产生的热量越少，处于温水加热状态．

【解析】

试题分析：（1）知道水的质量、初温、末温，根据Q=cm（t﹣t0）求出水吸收的热量；

（2）知道功率和功，根据P=求出时间；

（3）饮水机所处的状态根据开关S接通或断开时连入的电阻即可判断．当开关接通时，只有电阻R2接入电路，当开关S断开时，电阻R1和R2串联接入电路，由电功率的公式P=可判断饮水机处于什么状态．

【解析】

（1）水吸收的热量：

Q=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×0.2kg×（100℃﹣20℃）=6.72×104J；

（2）饮水机消耗的电能：

W=Q=6.72×104J，

由P=得加热时间：

t==≈30.5s；

（3）当开关S闭合时，只有电阻R2接入电路，由电功率的公式P=可知此时饮水机处于开水加热状态；

当开关S断开时，电阻R1和R2串联接入电路，此时饮水机处于温水加热状态．

答：（1）水需要吸收6.72×104J的热量；

（2）加热上述水需要30.5s；

（3）当开关S断开时，饮水机处于温水加热状态；因为电阻R1和R2串联接入电路，此时电路中的电阻最大，根据公式P=可知电压不变，电阻越大，产生的热量越少，处于温水加热状态．