Question

3．用如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置探究燒杯內(nèi)的冰熔化的溫度變化規(guī)律，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描出杯內(nèi)冰從固態(tài)的冰到液態(tài)的水溫度隨時(shí)間變化圖象如圖2．

（1）若電熱棒的額定電壓是220V，功率是110W，求電熱棒正常工作時(shí)：
①流過電熱棒的電流；
②電熱棒的電阻值（電熱棒可視為電阻）．
（2）圖2中t₅～t₆經(jīng)歷10min，若燒杯及杯內(nèi)的水吸收的熱量等于電熱棒放出的熱量．求
①電熱棒正常工作，燒杯及杯內(nèi)的水吸收的熱量；
②若上述熱量有70%被水吸收，則燒杯內(nèi)水的質(zhì)量．[已知：c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（3）圖2中，t₂與t₃相比，哪一時(shí)刻杯內(nèi)物體內(nèi)能較大？t₃時(shí)刻，理由是因?yàn)閺膖₂時(shí)刻到t₃時(shí)刻，物體一直在吸熱，根據(jù)能量守恒，物體吸收了熱量，所以內(nèi)能增加了．

Answer 1

分析 （1）①電熱棒正常工作時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出流過電熱棒的電流；
②知道電熱棒正常工作時(shí)的電壓和電流，根據(jù)歐姆定律求出電熱棒的電阻值；
（2）①燒杯及杯內(nèi)的水吸收的熱量等于電熱棒放出的熱量，根據(jù)Q_吸=W=Pt求出燒杯及杯內(nèi)的水吸收的熱量；
②根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出水吸收的熱量，由圖2可知水溫度的變化，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出燒杯內(nèi)水的質(zhì)量；
（3）晶體在熔化過程中，吸收熱量、內(nèi)能增加，但溫度保持不變．

解答 解：（1）①由P=UI可得，流過電熱棒的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{110W}{220V}$=0.5A；
②由I=$\frac{U}{R}$可得，電熱棒的電阻值：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{220V}{0.5A}$=440Ω；
（2）①因燒杯及杯內(nèi)的水吸收的熱量等于電熱棒放出的熱量，
所以，電熱棒正常工作，燒杯及杯內(nèi)的水吸收的熱量：
Q_吸=W=Pt=110W×10×60s=66000J；
②由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%可得，水吸收的熱量：
Q_吸水=ηQ_吸=70%×66000J=46200J，
由圖可知，t₅～t₆時(shí)間水溫從t₅=0℃升高到t₆=10℃，
由Q_吸=cm（t-t₀）可得，燒杯內(nèi)水的質(zhì)量：
m_水=$\frac{{Q}_{吸水}}{{c}_{水}（{t}_{6}-{t}_{5}）}$=$\frac{46200J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×（10℃-0℃）}$=1.1 kg；
（3）從t₂時(shí)刻到t₃時(shí)刻，物體一直在吸熱，根據(jù)能量守恒，物體吸收了熱量，所以內(nèi)能增加了．
答：（1）①流過電熱棒的電流為0.5A；②電熱棒的電阻值為440Ω；
（2）①電熱棒正常工作，燒杯及杯內(nèi)的水吸收的熱量為66000J；②若上述熱量有70%被水吸收，則燒杯內(nèi)水的質(zhì)量為1.1kg；
（3）t₃時(shí)刻；因?yàn)閺膖₂時(shí)刻到t₃時(shí)刻，物體一直在吸熱，根據(jù)能量守恒，物體吸收了熱量，所以內(nèi)能增加了．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電功率公式、歐姆定律、電功公式、吸熱公式、效率公式的綜合應(yīng)用以及能量守恒的應(yīng)用，從圖象中獲取有用的信息是關(guān)鍵．