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16.如图甲所示是某品牌饮水器的原理图.饮水器的容器内有密封绝缘的电热丝R1和热敏电阻Rx,只要水面到达如图所示的位置,接触开关S1就会导通.继电器开关S2的作用是当饮水器内的水加热至沸腾后能自动切断加热电路.

(1)已知定值电阻R1和热敏电阻Rx的电流随电压的变化曲线是如图乙中A、B、C中的两条.定值电阻R1的阻值是10Ω,饮水器的正常加热功率是4840W.
(2)为了使继电器开关S2在饮水器内的水加热至沸腾后能自动切断加热电路,热敏电阻Rx应选择如图乙中的C(选填“A,B,C”).在使用过程中,发现饮水器内的水实际加热到90℃时,加热电路就自动切断了,为了使水能在加热至沸腾后加热电路才自动切断,可将滑动变阻R2的滑片向左调节.
(3)已知该饮水器装有10L水,当只有饮水器接入电路中时,它将水从10摄氏度加热到100摄氏度用时14分钟,同时通过电能表观察到饮水器消耗了1.1kW•h的电能.该饮水器加热过程中的实际功率是4714.3W;它的热效率是95.5%(保留一位小数).

分析 (1)根据定值电阻R1的电流与电压的特点判断出电阻R1的电流随电压的变化曲线,然后求出阻值,然后根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出饮水器的正常加热功率.
(2)为了使饮水器在水加热至沸腾后能自动切断加热电路,根据电路的连接可知应使继电器开关S2断开,即电磁铁的磁性应减弱,根据影响电磁铁磁性强弱的因素可知控制电路中电流的变化,则可根据欧姆定律判断出此时热敏电阻阻值变大,由此可判断热敏电阻Rx阻值与温度的变化情况.
若要饮水器内的水加热到90℃还能继续加热,即继电器开关S2仍然是闭合的,需要增强电磁铁的磁性,根据控制电路中电流的变化即可判断滑动变阻器R2的阻值的变化.
(3)根据m=ρV求出水的质量,已知水的初温和末温、水的比热容,利用吸热公式求水吸收的热量;
知道实际消耗的电能,利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求出它的热效率.

解答 解:
(1)因为R1是定值电阻,则通过R1的电流与它两端电压成正比,其I-U图象为过原点的倾斜直线,由图可知,B为定值电阻R1的电流随电压的变化曲线;
由欧姆定律结合B图象可得,R1的阻值:R1=$\frac{U}{I}$=$\frac{5V}{0.5A}$=10Ω,
饮水器的工作电路为R1的简单电路,其正常加热功率:P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}}$=$\frac{(220V)^{2}}{10Ω}$=4840W.
(2)①为了使饮水器在水加热至沸腾后能自动切断加热电路,则应使继电器开关S2断开,应减弱电磁铁的磁性,根据影响电磁铁磁性强弱的因素可知应减小控制电路中的电流;
由欧姆定律可知此时热敏电阻的阻值应变大,即热敏电阻Rx的阻值应随温度升高而变大,而图乙中C曲线反映了电阻的阻值随温度升高(电压变大)而变大的特性,故选C.
②若要饮水器内的水加热到90℃还能继续加热,即继电器开关S2仍然是闭合的,需要增强电磁铁的磁性,应增大此时控制电路中的电流,由欧姆定律可知应减小控制电路的总电阻,而温度为90℃时热敏电阻的阻值是一定的,所以应减小滑动变阻器R2的阻值,即R2的滑片向左调节.
(3)已知水的体积V=10L=0.01m3
由ρ=$\frac{m}{V}$可得,水的质量为:
m=ρV=1×103kg/m3×0.01m3=10kg;
水吸收的热量:
Q=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×10kg×(100℃-10℃)=3.78×106J;
饮水器消耗的电能:
W=1.1kW•h=1.1×3.6×106J=3.96×106J,
该饮水器加热过程中的实际功率:
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{3.96×1{0}^{6}J}{14×60s}$≈4714.3W;
则它的热效率:
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$═$\frac{3.78×1{0}^{6}J}{3.96×1{0}^{6}J}$×100%≈95.5%.
故答案为:(1)10;4840;(2)C;左;(3)4714.3;95.5%.

点评 本题为电功率和热量的综合计算题,主要考查了欧姆定律的应用、功率的计算、热量的计算、热效率的计算等,难点是对继电器电路的分析,要知道控制电路与工作电路的关系.

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