Question

2．下面的圖表是從某臺(tái)電熱飲水機(jī)說(shuō)明書(shū)上收集到的信息．經(jīng)分析得知，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)，S斷開(kāi)時(shí)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)．為了測(cè)量它加熱時(shí)的實(shí)際功率，小明斷開(kāi)其它所有用電器，只將該飲水機(jī)接入家庭電路中，閉合開(kāi)關(guān)S，測(cè)得熱水箱中的水從20℃升高到100℃，所用時(shí)間為7.5min，同時(shí)觀察到家中標(biāo)有“1200r/kW•h”字樣的電能表轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)120轉(zhuǎn)．不考慮溫度對(duì)阻值的影響[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．根據(jù)以上信息，求：

熱水箱容量	1L
額定電壓	220V
加熱時(shí)額定功率	880W

（1）飲水機(jī)熱水箱中的水從20℃升高到100℃時(shí)所吸收的熱量；
（2）飲水機(jī)在加熱過(guò)程中的熱效率；
（3）飲水機(jī)加熱時(shí)的實(shí)際電壓．

Answer 1

分析 （1）知道熱水箱的容量，可利用公式m=ρV計(jì)算出水的質(zhì)量，又知道水的比熱容和溫度變化，可利用熱量公式Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量；
（2）“1200r/kW•h”的意義為：每消耗1kw•h的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)就轉(zhuǎn)過(guò)1200r，從而可以計(jì)算出電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)120r消耗的電能，利用公式η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出飲水機(jī)的熱效率；
（3）知道飲水機(jī)的額定電壓和加熱時(shí)的額定功率，可利用公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出電阻R₁的阻值，再根據(jù)W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t求出飲水機(jī)加熱時(shí)的實(shí)際電壓．

解答 解：（1）飲水機(jī)熱水箱中水的體積：
V=1L=1dm³=10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×10^-3m³=1kg，
水吸熱的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）
=4.2×10³J/（kg•℃）×1kg×（100℃-20℃）
=3.36×10⁵J；
（2）因每消耗1kW•h的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)就轉(zhuǎn)過(guò)1200r，
所以，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)120r消耗的電能為：
W=$\frac{120r}{1200r/kw•h}$=0.1kW•h=3.6×10⁵J，
則飲水機(jī)的熱效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{3.36×1{0}^{5}J}{3.6×1{0}^{5}J}$×100%≈93.3%；
（3）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，電阻R₁的阻值：
R₁=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{880W}$=55Ω，
由W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可得，飲水機(jī)加熱時(shí)的實(shí)際電壓：
U_實(shí)=$\sqrt{\frac{W{R}_{1}}{t′}}$=$\sqrt{\frac{3.6×1{0}^{5}J×55Ω}{7.5×60s}}$≈209.8V．
答（1）飲水機(jī)熱水箱中的水從20℃升高到100℃時(shí)所吸收的熱量為3.36×10⁵J；
（2）飲水機(jī)在加熱過(guò)程中的熱效率為93.3%；
（3）飲水機(jī)加熱時(shí)的實(shí)際電壓為209.8C．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，考查了質(zhì)量、吸收熱量、電功等的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是結(jié)合電路圖對(duì)飲水機(jī)狀態(tài)的判斷，與生活相連，使學(xué)生覺(jué)得學(xué)了物理有用，注意計(jì)算時(shí)的單位變換要正確．