如图所示是家庭、宾馆常用的电热水壶及其电路原理图．电热水壶最多能装1L的水，有加热和保温两个档，定值电阻R1的阻值为2156Ω，电热丝R2的阻值为44Ω．（1）开关S1、S2分别处于什么状态

Question

如图所示是家庭、宾馆常用的电热水壶及其电路原理图．电热水壶最多能装1L的水，有加热和保温两个档，定值电阻R₁的阻值为2156Ω，电热丝R₂的阻值为44Ω．
（1）开关S₁、S₂分别处于什么状态时，电热水壶处于加热状态？此时电热水壶的加热电功率是多少？
（2）在1标准大气压下将一壶30℃的水烧开需要5分钟，则此过程中水所吸收的热量是多少？（水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃））
（3）在这次烧水中，电热水壶的效率是多少？

Answer 1

（1）由电路图可知，当开S₁闭合、S₂断开时，两电阻串联，再闭合开关S₂时，只有R₂工作，
根据公式P=(U2)/(R)可知，电阻越小，电功率越大，当S₁、S₂均闭合时电热水壶处于加热状态；
加热功率为：P_加热=(U2)/(R2)=((220V)2)/(44Ω)=1100W；
（2）根据ρ=(m)/(V)可知，水的质量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×1×10^-3m³=1kg，
在1标准大气压下水的沸点是100℃，则水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×1kg×（100℃-30℃）=2.94×10⁵J；
（3）烧开这壶水消耗的电能：W=P_加热t=1100W×5×60s=3.3×10⁵J；
电能转化为热的效率：
η=(Q吸)/(W)×100%=(2.94×105J)/(3.3×105J)×100%≈89%．
答：（1）开关S₁、S₂均处于闭合状态时，电热水壶处于加热状态；电热水壶的加热电功率是1100W；
（2）在此过程中水所吸收的热量是2.94×10⁵J；
（3）在这次烧水中，电热水壶的效率是89%．