如图是某饮水器的原理图．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)已知电热丝R1的阻值为12.1Ω.求饮水器的正常加热功率．(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.Rx必须选用阻值随温度升高� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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如图是某饮水器的原理图．饮水器的容器内有密封绝缘的电热丝R₁和热敏电阻R_x，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）已知电热丝R₁的阻值为12.1Ω，求饮水器的正常加热功率．
（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，R_x必须选用阻值随温度升高而变大的热敏电阻．若想降低饮水器加热的最高温度，可将滑动变阻器R₂的滑片向右调节．
（3）已知该饮水器容积为10L，当只有饮水器接入电路中时，它将水从20℃加热到100℃用时16min，同时通过电能表观察到饮水器消耗了1kW•h的电能．试求该饮水器加热过程中的热效率．

分析（1）根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出饮水器的正常加热功率．
（2）如果希望水温水加热至沸腾后能自动切断加热电路时，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，根据影响电磁铁的磁性的因素可知控制电路中电流的变化：即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R_x阻值与温度的变化情况．
若想降低饮水器加热的最高温度，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）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=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求电磁炉效率．

解答解：（1）饮水器的正常加热功率P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{12.1Ω}$=4000W．
（2）如果希望水温水加热至沸腾后能自动切断加热电路，即水沸腾时，使继电器开关S₂断开，停止加热，则使继电器开关S₂断开，应减弱电磁铁的磁性，根据影响电磁铁的磁性的因素可知应减小控制电路中电流，
根据欧姆定律可知此时热敏电阻阻值变大，所以热敏电阻R_x阻值应随温度升高而变大．
若想降低饮水器加热的最高温度，即控制电路中在饮水器里水的温度较低时，就达到使继电器开关S₂断开，停止加热的目的；
由于使继电器开关S₂断开的最小电流时一定的，则为了使控制电路中的总阻值提前达到S₂断开的最小电流热应增大滑动变阻器R₂的阻值，即的滑片向右调节．
（3）已知水的体积V=10L=0.01m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得：水的质量为m=ρV=1×10³kg/×0.01m³=10kg，
水吸收的热量：
Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×10kg×（100℃-20℃）=3.36×10⁶J；
则效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{3.36×1{0}^{6}J}{1×3.6×1{0}^{6}J}$×100%≈93.3%．
答：（1）饮水器的正常加热功率4000W．
（2）变大；右．
（3）该饮水器加热过程中的热效率93.3%．

点评本题为电功率和热量的综合计算，考查了热量的计算、电能的计算、实际功率的计算，难点是继电器电路的工作分析，主要是知道控制电路与工作电路的关系．

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