Question

如圖甲是一種家用蒸汽電熨斗的實物圖．使用時水箱中的水滴入被加熱的底板汽室，迅速汽化產生向下的蒸汽．圖乙是一種家用電熨斗的電路原理圖（額定電壓為220V），虛線框內為加熱電路．R₀是定值電阻，R是可變電阻（調溫開關）．

求：
（1）該電熨斗溫度最低時的耗電功率為121W，溫度最高時的耗電功率為484W，求R₀的阻值及R的阻值變化范圍．
（2）用電熨斗汽燙時需要先預熱，若預熱時采用最大功率使金屬底板的溫度從20℃升到220℃．已知底板的質量為1kg，鐵的比熱容為0.46×10³J/（㎏?℃）．金屬底板利用電熱的效率為80%，求使金屬底板的溫度從20℃升到220℃所需要的時間（計算結果保留整數）．
（3）假定電熨斗每秒鐘散發的熱量Q跟電熨斗表面溫度與環境溫度的溫差關系如圖丙所示，現在溫度為20℃的房間使用該電熨斗來熨燙毛料西服，要求熨斗表面溫度為220℃，且保持不變，問應將R的阻值調為多大？

Answer 1

解：（1）定值電阻R₀的阻值為R₀===100Ω，
滑動變阻器阻值全部接入電路時，電路總阻值
R_總===400Ω，
滑動變阻器的最大阻值R=R_總-R₀=400Ω-100Ω=300Ω；
答：R₀的阻值是100Ω，電阻R的阻值變化范圍是0～300Ω．
（2）電熨斗底板吸收的熱量
Q=mc△t=1kg×0.46×10³J/（㎏?℃）×（220℃-20℃）=9.2×10⁴J，
電熨斗產生的熱量Q_總===1.15×10⁵J，
電熨斗預熱需要的時間t===≈238s；
答：金屬底板的溫度從20℃升到220℃所需要的時間是238s．
（3）電熨斗與環境溫差是220℃-20℃=200℃
由圖象可知電熨斗每秒散發的熱量是Q=440J；
電熨斗總電阻發熱功率P_實===440W；
此時電熨斗電阻R_總===110Ω．
滑動變阻器阻值R=R_總-R₀=110Ω-100Ω=10Ω．
答：R的阻值為10Ω．
分析：（1）溫度最低時的耗電功率也就是電路電阻最大時的功率，即滑動變阻器全部接入電路；溫度最高時的耗電功率也就是電路電阻最小時的功率，即滑動變阻器被短路，此時只有定值電阻接入電路，由電功率的變形公式R=可以求出電阻R₀及R的阻值．
（2）根據熱量公式Q=cm△t求出金屬底板吸收的熱量，然后根據電熨斗的效率求出電熨斗產生的熱量，最后由電功率的變形公式t=求出電熨斗的預熱時間．
（3）根據圖象求出電熨斗每秒散失的熱量，求出電熨斗的功率；根據功率公式及串聯電路特點求出滑動變阻器阻值．
點評：本題考查生活中的物理知識的應用，要學會從實際情景中找出物理模型和采用的物理規律．本題是一道信息給予題，解決此類問題的關鍵是善于從題目中找到有用的信息，結合相應的計算公式計算．