Question

有一种WSJ﹣60型号电水壶，图甲是电水壶的电路图，L₁为电源指示灯、L₂为保温指示灯、L₃为加热指示灯，R₁、R₂、R₃；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；S₁、S₂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，就分别压下开关键S₁、S₂，并通电路，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”．

a．手动状态通电工作时，电源指示灯      ．加热指示灯      ．保温指示灯      ．

b．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．请汁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？

Answer

（1）a．亮；亮；不亮；b．亮；亮；不亮；亮；不亮；亮．

（2）该电水壶的热效率为87.5%．

（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，且ST双金属片温控器处于连通短路状态，所以保温指示灯被短路不亮．

【解析】【解析】
（1）a、手动状态通电时，电源指示灯L1和保护电阻R1串联与加热指示灯L3和保护电阻R3串联后并联接入电路，形成通路，电源指示灯和加热指示灯会亮，而保温指示灯L2和保护电阻R2串联的电路处于开路状态，保温指示灯L2不亮

b、自动状态通电时，水沸腾前由于ST温控器处于闭合状态，将保温电阻短路，加热电阻接入电路，并开始加热；这时电源指示灯亮，加热指示灯亮，保温指示灯不亮．当水沸腾后，ST温控器的触点断开，将保温电阻接入电路，加热电阻处于开路，进入保温状态开始保温；这时电源指示灯亮，加热指示灯不亮，保温指示灯亮．

（2）因为Q有=cρV（t﹣t0）=4.2×103J/（kg•℃）×1×103kg/m3×1×10﹣3m3×（100℃﹣25℃）=3.15×105J，

Q总=600W×10×60s=3.6×105J，

所以η=×100%=×100%=87.5%．

（3）因为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，且ST双金属片温控器处于连通，对保温指示灯短路；所以保温指示灯被短路不亮．

答：（1）a．亮；亮；不亮；b．亮；亮；不亮；亮；不亮；亮．

（2）该电水壶的热效率为87.5%．

（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，且ST双金属片温控器处于连通短路状态，所以保温指示灯被短路不亮．

【点评】本题考查电路的分析，会正确利用Q吸=cm（t﹣t0）计算水吸收的热量，利用W=Pt计算的消耗电能．