6.某款家用储水式电热水器额定电压为 $ 220 \, \mathrm{V} $，额定功率为 $ 3000 \, \mathrm{W} $，额定容量为 $ 60 \, \mathrm{L} $，图甲是其电路原理图. 插上插头，电热水器储满水后，闭合开关 $ \mathrm{S} $，温控器开关 $ \mathrm{K} $ 接触点 $ 1 $，对水进行加热，当加热温度达到设定温度时，$ \mathrm{K} $ 跳转接触点 $ 2 $，保温指示灯 $ \mathrm{L} $ 亮起，停止加热；当水温下降，低于设定温度时，$ \mathrm{K} $ 再次接触点 $ 1 $ 进行加热. $ R_{1} $、$ R_{2} $、$ R_{3} $ 为加热电阻，其中 $ R_{2} = 2R_{1} $. 该电热水器的加热模式有四个挡位，选择“一挡”，$ \mathrm{S}_{1} $、$ \mathrm{S}_{2} $ 均断开；选择“二挡”，$ \mathrm{S}_{1} $ 闭合、$ \mathrm{S}_{2} $ 断开；选择“三挡”，$ \mathrm{S}_{1} $ 断开、$ \mathrm{S}_{2} $ 闭合，“三挡”加热时的功率是“二挡”加热时功率的 $ 1.5 $ 倍；选择“四挡”，$ \mathrm{S}_{1} $、$ \mathrm{S}_{2} $ 均闭合，此时电热水器在额定功率下工作. 温控器开关 $ \mathrm{K} $ 的结构如图乙所示，绕 $ O $ 点转动的杠杆 $ OAB $ 和绕 $ O_{1} $ 点转动的杠杆 $ O_{1}DE $ 通过弹簧相连. 温包内充满热胀冷缩的感温液体，置于水中，温度与水温一致. 水温升高，感温液体膨胀使膜盒在 $ A $ 位置推杠杆 $ OAB $，当水温达到设定温度，动触点 $ C $ 与触点 $ 2 $ 相接，电热水器停止加热. 调温旋钮为凹轮结构，绕固定轴 $ M $ 转动，顺时针转动调温旋钮，$ ME $ 距离减小. [水的比热容 $ c_{\mathrm{水}} = 4.2 × 10^{3} \, \mathrm{J/(kg·℃)} $、密度 $ \rho_{\mathrm{水}} = 1.0 × 10^{3} \, \mathrm{kg/m}^{3} $]
(1)该电热水器储满 $ 60 \, \mathrm{L} $ 水后，若选择“四挡”加热，加热效率为 $ 84\% $，将水从 $ 30 \, \mathrm{℃} $ 加热到 $ 45 \, \mathrm{℃} $ 需要的时间为多少？
(2)电阻 $ R_{2} $ 的阻值为
(3)为提高所设定的加热温度，应如何旋转调温旋钮？请写出做法并说明理由.
(1)该电热水器储满 $ 60 \, \mathrm{L} $ 水后，若选择“四挡”加热，加热效率为 $ 84\% $，将水从 $ 30 \, \mathrm{℃} $ 加热到 $ 45 \, \mathrm{℃} $ 需要的时间为多少？
(2)电阻 $ R_{2} $ 的阻值为
96.8
$ \Omega $，该电热水器在“一挡”工作时的电流为1.2
$ \mathrm{A} $(保留 $ 1 $ 位小数).(3)为提高所设定的加热温度，应如何旋转调温旋钮？请写出做法并说明理由.
答案：6. (1)$1500\ \mathrm{s}$ (2)$96.8$ $1.2$ (3)应逆时针旋转调温旋钮，理由见解析 解析：(1)$60\ \mathrm{L}$水的质量$m = \rho_* V_* = 1.0 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 60 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 = 60\ \mathrm{kg}$，$60\ \mathrm{L}$水从$30\ ^{\circ}\mathrm{C}$加热到$45\ ^{\circ}\mathrm{C}$所吸收的热量$Q = c_* m \Delta t = 4.2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg} · ^{\circ}\mathrm{C}) × 60\ \mathrm{kg} × (45\ ^{\circ}\mathrm{C} - 30\ ^{\circ}\mathrm{C}) = 3.78 × 10^6\ \mathrm{J}$，需要消耗的电能$W = \frac{Q}{\eta} = \frac{3.78 × 10^6\ \mathrm{J}}{84\%} = 4.5 × 10^6\ \mathrm{J}$。由题意知，选择“四挡”时电热水器在额定功率下工作，则加热需要的时间$t = \frac{W}{P_4} = \frac{4.5 × 10^6\ \mathrm{J}}{3000\ \mathrm{W}} = 1500\ \mathrm{s}$。(2) 由题意可知，$R_2 = 2R_1$ ①，二挡时$S_1$闭合、$S_2$断开，只有$R_1$工作，$P_2 = \frac{U^2}{R_1}$；三挡时$S_1$断开、$S_2$闭合，只有$R_3$工作，$P_3 = \frac{U^2}{R_3}$；三挡功率是二挡功率的$1.5$倍，即$P_3 = 1.5P_2$，则$R_3 = \frac{2}{3} R_1$ ②。四挡时$S_1$、$S_2$均闭合，三加热电阻并联，则$P_4 = \frac{U^2}{R_1} + \frac{U^2}{R_2} + \frac{U^2}{R_3} = 3000\ \mathrm{W}$ ③，联立①②③，解得$R_1 = 48.4\ \Omega$、$R_2 = 96.8\ \Omega$。一挡时，$S_1$、$S_2$均断开，三加热电阻串联，工作时的电流$I = \frac{U}{R_1 + R_2 + R_3} = \frac{U}{R_1 + 2R_1 + \frac{2}{3} R_1} = \frac{3U}{11R_1} = \frac{3 × 220\ \mathrm{V}}{11 × 48.4\ \Omega} \approx 1.2\ \mathrm{A}$。
(3) 为提高所设定的加热温度，应该逆时针旋转调温旋钮。由题意知水温升高时，温包内感温液体温度也升高，感温液体膨胀，使膜盒在$A$位置推杠杆$OAB$向左运动，动触点$C$与触点2相接，电热水器停止加热。要提高设定温度，即使动触点$C$不易与触点2相接，逆时针旋转调温旋钮，$ME$距离会增大，推动杠杆$O_1DE$顺时针转动，通过$BD$间弹簧向右拉杠杆$OAB$的力增大，则杠杆$OAB$向左运动使动触点$C$与触点2相接需要的力增大，则需要感温液体膨胀更多的体积，由此提高所设定的加热温度。
(3) 为提高所设定的加热温度，应该逆时针旋转调温旋钮。由题意知水温升高时，温包内感温液体温度也升高，感温液体膨胀，使膜盒在$A$位置推杠杆$OAB$向左运动，动触点$C$与触点2相接，电热水器停止加热。要提高设定温度，即使动触点$C$不易与触点2相接，逆时针旋转调温旋钮，$ME$距离会增大，推动杠杆$O_1DE$顺时针转动，通过$BD$间弹簧向右拉杠杆$OAB$的力增大，则杠杆$OAB$向左运动使动触点$C$与触点2相接需要的力增大，则需要感温液体膨胀更多的体积，由此提高所设定的加热温度。