Question

15．图甲是一种常见的电热水袋，图乙是它的结构示意图．为了使用安全，电热水袋在用电加热到一定温度时温控开关S会自动切断电路，与此同时专用插头上的红色指示灯L会熄灭起提示作用．

（1）电热水袋里面一般用水作储能物质，除了水容易获得、成本低廉的原因外，还有一个重要原因是水的比热容大．
（2）温控开关S的内部结构如图丙所示：双金属片由两层不同金属粘合而成，受热时二者膨胀的快慢不同，金属层a（填“a”或“b”）膨胀较快，达到一定温度时，双金属片向上拱起，从而切断电路．如果温控开关失灵，水温超过预定温度而不切断电源，热水袋会因内部压强过高而爆炸．为了更加安全，有的电热水器里使用双重温控开关保护，也就是把两个温控开关串联起来使用．
（3）某电热水袋的性能指标如下表，当热水袋原来的温度是10℃时，在正常电压下加热10min指示灯就熄灭了，试求该电热水袋的效率？

额定电压	额定加热功率	指示灯功率	袋内充水	自动断电温度
220V	700W	≤0.2W	1L	80℃

Answer 1

分析 （1）水的比热容大：相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多；
（2）根据图示和使用过程判断；
（3）知道水的体积，利用密度公式求水的质量，知道水温度的变化，根据热量的计算公式Q_吸=cm△t计算出水吸收的热量；再根据W=Pt计算出消耗的电能，根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$就可以求出电热水袋的发热效率．

解答 解：
（1）因为水的比热容较大，降低相同的温度，水放出的热量多，所以电热水袋里面一般用水作储能物质；
（2）双金属片受热时二者膨胀的快慢不同，金属层a膨胀较快，达到一定温度时，双金属片向上拱起，从而切断电路；
因为电热水袋里使用双重温控开关，也就是说只有这两个开关都闭合时，电热袋才可以工作，因此这两个开关是串联的；
（3）热水袋中的水的质量：
m=ρV=1000kg/m³×1×10^-3m³=1kg，
温度从10℃升高到80℃，此过程中水吸收的热量是：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×1kg×（80℃-10℃）=2.94×10⁵J；
消耗的电能：
W=Pt=700W×10×60s=4.2×10⁵J，
则该电热水袋的发热效率为η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$=$\frac{2.94×1{0}^{5}J}{4.2×1{0}^{5}J}$=70%．
故答案为：（1）水的比热容大；（2）a，串联；（3）该电热水袋的效率为70%．

点评 本题由电热水袋入手考查相关的物理知识，尤其是最后一问求发热袋的效率是解题的难点，关键是对公式的灵活运用．