Question

5．图是一种煲汤用的电热锅工作原理图，其中温控器的作用是当水沸腾后能自动断电一段时间．电热锅的部分参数如表所示．

容积	4.5L
额定电压	220V
保温功率	80W
加热功率	500W

（1）三脚插头上标着E的导线和电热锅的金属外壳相连．
（2）调节切换开关可以使电热锅处于“关、高温、自动、保温”四种工作状态，则原理图中的切换开关连接触点3时为保温档．小明发现，当电热锅处于保温档正常工作时，不论加热多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，原因可能是保温功率小于（或等于）散热功率．
（3）该电热锅处于高温档正常工作时，使4.5L的水温度升高54℃需要42min，那么电热锅的效率为多少？[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

Answer 1

分析 （1）电饭锅使用三脚插头，E导线和电饭锅的金属外壳相连，插入插座时，与大地连接，当用电器漏电时，人接触用电器，人被接地导线短路，即使接触了漏电的用电器也不会发生触电事故；
（2）由电功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，电压不变的条件下，电阻越大，电功率越小，电功率小的时候处于保温状态，据此判断哪一个为保温档；当电热锅处于保温档正常工作时，此时的电功率太小，产生的热量小于散失的热量，不能使水温升高，不能使水沸腾．
（3）电热锅处于高温档正常工作（高温加热）时，知道加热功率和加热时间，利用W=Pt求消耗的电能（总能量）；又知道水的质量、水温度的升高值，利用吸热公式求水吸收的热量（有用能量）；再利用效率公式求电热锅的效率．

解答 解：（1）E导线和电饭锅的金属外壳相连，插入插座时，与大地连接；
（2）由图提供的信息知道R₁＞R₂，根据电功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，当U不变时，电阻越小，功率越大，故当开关连接触点3时，消耗的电功率最小，处于保温保温状态；
当电热锅处于保温档正常工作时，不论加热多长时间，都不能使锅内的汤水沸腾，原因是电流产生的热量小于散失的热量，不能使水温升高．
（3）V=4.5L=4.5×10^-3m³，
m=ρV=1.0×10³kg/m³×4.5×10^-3m³=4.5kg，
水吸收的热量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×4.5kg×54℃=1.0206×10⁶J，
加热功率P=500W，工作42min消耗电能：
W=Pt=500W×42×60s=1.26×10⁶J，
η=$\frac{Q}{W}$×100%=$\frac{1.0206×1{0}^{6}J}{1.26×1{0}^{6}J}$×100%=81%．
答：（1）电热锅的金属外壳；
（2）3；保温功率小于（或等于）散热功率；
（3）电饭锅的效率为81%．

点评 本题是一道电学与热学的综合应用题，与实际生活相联系，使学生觉得学了物理有用，加强安全意识，注意计算时的单位换算要正确．