某款家用蒸汽挂烫衣机（图甲）的工作原理简图如图乙所示，R1、R2为阻值相同的发热电阻，1、2、3、4为触点，S2为旋转开关，实现关、低档、高档的转换．水箱中一部分水通过进水阀门进入

Question

某款家用蒸汽挂烫衣机（图甲）的工作原理简图如图乙所示，R₁、R₂为阻值相同的发热电阻，1、2、3、4为触点，S₂为旋转开关，实现关、低档、高档的转换．水箱中一部分水通过进水阀门进入电热杯加热至沸腾，产生的水蒸气通过蒸汽软管从蒸汽喷头喷出，从而熨烫衣服．为了便于移动，它底部装有四个轮子，其一个大轮子与地面的接触面积为3cm²，一个小轮子与地面的接触面积为2.5cm²．蒸汽挂烫衣机部分参数如下表．请解答：

高档发热功率	880W
额定电压	220V
水箱容积	2L
挂烫机净重	4.6kg

（1）用来制作蒸汽软管的材料应具有什么样的物理特点或性质？
请写出两点①___  ②___；
（2）水箱装满水并如图甲放置时蒸汽挂烫衣机对地板的压强．
（3）发热电阻R₁的阻值．
（4）在没有热量损失的情况下，将电热杯内0.25kg、20℃的水加热到100℃所需的最短时间是多少？
[c_水=4.2×10³J/（kg•℃），ρ_水=1.0×10³kg/m³，计算结果保留一位小数]．

Answer 1

（1）因为利用热的水蒸气工作，所以所用软管需要具有耐高温、质量小、柔韧性好等特点；
（2）水箱装满水时，水的重：G_水=m_水g=ρVg=1×10³kg/m³×2×10^-3m³×10N/kg=20N，
挂烫机的重力：G_机=m_机g=4.6kg×10N/kg=46N，
整个挂烫机对地面的压力：F=G_总=46N+20N=66N，
根据题意可得受力面积：S=（3cm²+2.5 cm²）×2=11cm²=1.1×10^-3m²，
烫衣机对地板的压强：p=(F)/(S)=(66N)/(1.1×10-3m2)=6×10⁴Pa；
（3）当处于高温档时，总功率最大，根据P=(U2)/(R)可知，总电阻最小，此时两电阻并联；
又R₁=R₂，并联电压相等，所以两电阻消耗的功率相等，即P₁=P₂ ，
则高温挡的总功率P_高温=P₁+P₂=2P₁，
则P₁=(1)/(2)P_高温=(1)/(2)×880W=440W，
由P=(U2)/(R)可得发热电阻R₁的阻值：
R₁=(U2)/(P1)=((220V)2)/(440W)=110Ω；
（4）电热杯内水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×0.25kg×（100℃-20℃）=8.4×10⁴J；
在没有热量损失的情况下，由Q_吸=W=Pt得加热时间：
t=(W)/(P)=(Q吸)/(P)=(8.4×104J)/(880W)≈95.5s．
答：（1）①耐高温；②质量小；（ 或密度小、弹性好、易弯折、柔韧性好，合理即可）        
（2）水箱上满水后如图时蒸汽挂烫衣机对地板的压强为6×10⁴Pa．
（3）发热电阻R₁的阻值为110Ω．
（4）在无热损失的情况下，将电热杯内0.25kg、20℃的水加热到100℃需要的最短时间是95.5s．