Question

16．智能洁具    智能洁具（智能马桶、全自动洗碗机、智能浴缸等），具有温水洗净、暖风烘干、杀菌等功能，已进入百姓家庭．
    某智能洁具为确保安全，插头带漏电保护装置，工作原理如图甲，连接洁具的火线与零线穿过环形铁芯，正常工作时，两线中的电流相等；若火线与零线中的电流不等，绕在铁芯上的线圈会产生电流，经放大后通过电磁铁吸起铁质开关S切断电源．
    这种洁具装有红外线感应装置，当人靠近时，感应装置自动升起洁具盖子；启动洗净功能，加热器将水快速加热至温控装置预设的温度，水泵喷水实施清洗，喷水杆采用纳米银（直径为纳米级的银单质）材料，杀菌效果好；清洗结束，暖风烘干机自动开启烘干功能．表一为该洁具的部分参数，表二为水泵的性能测试参数（表中流量指单位时间内水泵抽送水的体积；扬程指水泵能将水提升的高度）．
表一

额定电压	220V	清洗喷水量	0.8L/min～1.2L/min
烘干机额定功率	180W	加热器额定功率	2100W

（1）该智能洁具应选用两线插头．当图甲电磁铁线圈中电流从a流向b时，电磁铁下端是N极．
（2）洁具正常工作，按最大喷水量用设定为38℃的温水清洗，加热器的效率为多少[水的比热容c=4.2×10^-3 J/（kg•℃），室温为18℃]
（3）图乙为洁具的温控装置原理图．R₁是滑动变阻器，R₂是热敏电阻，其阻值随温度升高而减小．当R₁两端电压U₁增大到一定值时，控制电路将切断加热电路实现对水温的控制．
电源电压设定为10V，当R₁接入电路的阻值为6Ω时，R₂的电功率为4W，此时加热电路恰好被切断．若预设的水温相对较高，则控制电压U₁是多少6V．

Answer 1

分析 （1）根据智能洁具的电路图可知，只有火线和零线可确定答案，根据右手螺旋定则可知电磁铁的磁极；
（2）根据清洗喷水量可知水的体积，利用密度公式可求水的质量，利用Q=cm△t可求得水吸收的热量，利用P=$\frac{W}{t}$可求消耗的电能，然后利用η=$\frac{Q}{W}$可求得加热器的效率；
（3）根据欧姆定律和串联电路的电压特点，利用P=UI可求得U₁，然后根据题意由于要使得水温度较高，则R₂的电阻较小，电路中的电流较大，则必须使得U₁较大．

解答 解：（1）由甲图可知，只有火线和零线，选两线插头即可；
当图甲电磁铁线圈中电流从a流向b时，由右手沿着电流方向抓住螺线管，则大拇指朝下，即螺线管下端为N极，上端为S极，
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$可得，每分钟喷出水的质量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×1.2×10^-3m³=1.2kg，
水吸收的热量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×1.2kg×（38℃-18℃）=1.008×10⁵J，
由P=$\frac{W}{t}$可得：
W_电=Pt′=2100W×60s=1.26×10⁵J，
加热效率：
η=$\frac{Q}{W}$×100%=$\frac{1.008×1{0}^{5}J}{1.26×1{0}^{5}J}$×100%=80%；
（3）设R₁=6Ω时，R₁两端的电压为U₁，此时电路中的电流I=$\frac{{U}_{1}}{6Ω}$，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，热敏电阻两端的电压U₂=U-U₁=10V-U₁，
由P=UI可得，R₂的电功率P₂=（10V-U₁）×$\frac{{U}_{1}}{6Ω}$=4W，
解得U₁=4V或U₁=6V，
由于要使得水温度较高，则R₂的电阻较小，电路中的电流较大，则必须使得U₁较大，设计为6V．
答：（1）两；N；
（2）加热器的效率为80%；
（3）6．

点评 本题考查了插头的选取和右手定则、密度公式、吸热公式、电功公式、效率公式、串联电路的特点、欧姆定律、电功率公式的应用，涉及到的知识点较多，有一定的难度．