Question

如图甲是一种常见的电热水袋，其性能指标如表：

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	1kg	80℃

（1）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．红色指示灯L的电阻比发热体的电阻R要________（选填“大”或“小”）得多．

（2）温控开关S的内部结构如图所示：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________（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________起来使用．（选填“串联”或“并联）

（3）当热水袋原来的温度是10℃时，在额定电压下加热10min指示灯就熄灭了，试求该电热水袋的效率．[c_水=4.2×10³J/（kg?℃）]．

Answer 1

解：（1）由图可见，红色指示灯L和发热体R是并联的，两端电压相等，发热体的功率要比指示灯的功率大得多，根据电功率的计算P=，在电压U相等的情况下，功率P大的，电阻R反而小，因此发热体的电阻要小于指示灯的电阻；
（2）双金属片受热时二者膨胀的快慢不同，金属层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；
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）1kg水温度从10℃升高到80℃吸收的热量：
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：
η===70%．
答：（1）大；
（2）b；串联；
（3）该电热水袋的效率为70%．
分析：（1）由图可知，红色指示灯L和发热体R是并联的，两电阻两端的电压相等，根据公式P=分析两电阻阻值的大小；
（2）由工作原理结合图可知双金属片的金属层哪侧膨胀较快，两开关串联时相互影响、必须都闭合电路才能工作，两开关并联时互不影响，闭合任何一个都能使电路工作；
（3）知道水温度的变化和质量，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，利用η=就可以求出电热水袋的效率．
点评：本题考查了热量的计算和效率的计算以及开关串并联的辨别，关键是会分析物体热胀冷缩和温度的关系，考查了学生提取有用信息的能力，是一道好题．