Question

中国人富了，游客去日本旅游，疯狂抢购如图甲所示的新型智能电热马桶盖其内部电路结构如图乙所示，电热丝R的电阻为1100Ω，单刀双掷开关S₂可接a或b，通过开关S₁和S₂不同的连接方式，可以实现“高、中、低”三挡加热功率的转换，电源电压恒为220V，求:

（1）当加热电路分别处于高温挡功率和低温挡功率时，开关S₁和S₂应如何连接?

（2）高温挡及低温挡的功率分别是多大?

（3）将智能电热马桶盖调至高温挡正常加热，25s内可将质量为600g的马桶圈升高5℃，则马桶圈吸收的热量及电热效率分别是多少? (马桶圈材料的比热容c=0.44×10³J/(kg•℃))

Answer

(1)详见解析；(2) 88W，22W；(3)1320J，60%。

【解析】

(1)当开关S1闭合、S2接a时，R1与R2并联，电路中的总电阻最小，由P=可知，电路的功率最大，处于高温档；

当开关S1断开、S2接b时，R1与R2串联，电路中的总电阻最大，由P=可知，电路的功率最小，处于低温档；

当开关S1闭合、S2接b时，电路为R1的简单电路，电路处于中温档；

(2)高温挡时，R1与R2并联，总功率

P高==88W；

低温档时，R1与R2串联，总功率

P低==22W；

(3)马桶圈吸收的热量：

Q=cmΔt=0.44×103J/（kg•℃）×0.6kg×5℃=1320J，

电热丝消耗的电能：

W=P高温t=88W×25s=2200J，

电热效率：

η==60%。

答：(1)当开关S1闭合、S2接a时，处于高温档；当开关S1断开、S2接b时，处于低温档；

(2)高温挡及低温挡的功率分别是88W和22W；

(3)马桶圈吸收的热量及电热效率分别是1320J和60%。