Question

19．小王的爸爸喜歡泡茶，泡茶時(shí)用的是一個(gè)使用內(nèi)置電熱管的熱水壺?zé)�水，小王仔�?xì)閱讀了該熱水壺的說(shuō)明書(shū)，獲知該壺的最大盛水量為1.7kg（有水位標(biāo)記），壺的加熱功率為1300W．
（1）小王要測(cè)出該電熱水壺?zé)�水時(shí)的效率（電壓恒定為220V），除了足夠的水以外，還需要準(zhǔn)備些什么實(shí)驗(yàn)器材？
（2）請(qǐng)幫助小王設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的步驟，每個(gè)需要記錄的物理量都要配上相應(yīng)的字母；
實(shí)驗(yàn)步驟：
（3）寫(xiě)出求熱水壺?zé)�水時(shí)的效率的表達(dá)式；
（4）若水的初溫是30℃，6min水就燒開(kāi)可，水的比熱容c_水=4.2×10³J/（kg•℃）請(qǐng)計(jì)算效率并分析是否合理，如不合理，請(qǐng)對(duì)可能存在的問(wèn)題做出至少一個(gè)合理猜想．

Answer 1

分析 （1）要測(cè)電熱水壺的效率，需要知道水吸收熱量，需要測(cè)水的初溫；電熱水壺消耗的電能，由W=Pt知需要的器材；
（2）（3）對(duì)水加熱，記下加熱時(shí)間，分別計(jì)算水吸熱和消耗電能，從而得到熱水壺的效率；
（4）分別計(jì)算水吸熱和消耗電能比較，并分析．

解答 解：
（1）測(cè)電熱水壺的效率，需要知道水吸收熱量，需要用溫度計(jì)測(cè)出水的初溫；電熱水壺消耗的電能，由W=Pt可知需測(cè)在電熱水壺正常工作的時(shí)間，所以需要準(zhǔn)備秒表；
（2）實(shí)驗(yàn)步驟：
①將壺中裝入水到標(biāo)記處，用溫度計(jì)測(cè)出水的初溫t₀；
②將電熱水壺接入電路中，對(duì)水加熱，開(kāi)始記時(shí)，直到水沸騰為止，記下加熱時(shí)間T秒．
（3）熱水壺?zé)�水時(shí)的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{{c}_{水}m（t-{t}_{0}）}{{P}_{加熱}T}$×100%
=$\frac{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×1.7kg×（100℃-{t}_{0}）}{1300W×T}$×100%
=$\frac{71.4×（100℃-{t}_{0}）}{13T}$×100%；
（4）水吸熱：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×1.7kg×（100℃-30℃）=4.998×10⁵J，
電熱水壺消電能：W=Pt=1300W×300s=3.9×10⁵J，
由此可知：Q＞W(wǎng)，
如果不考慮熱量散失，消耗的電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，二者相等，實(shí)際是存在熱量散失的，所以吸收的熱量就小于消耗的電能，所以不合理．
造成不合理的原因：
①可能是電源電壓較高，實(shí)際電壓大于額定電壓，實(shí)際功率大于額定功率；
②可能通電燒水的時(shí)間測(cè)量有偏差，不止300s（6min）．
故答案為：（1）溫度計(jì)；秒表；
（2）實(shí)驗(yàn)步驟：
①將壺中裝入水到標(biāo)記處，用溫度計(jì)測(cè)出水的初溫t₀；
②將電熱水壺接入電路中，對(duì)水加熱，開(kāi)始記時(shí)，直到水沸騰為止，記下加熱時(shí)間T秒．
（3）η=$\frac{71.4×（100℃-{t}_{0}）}{13T}$×100%；
（4）不合理，原因可能是電源電壓較高，實(shí)際電壓大于額定電壓，實(shí)際功率大于額定功率．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、熱量和電能的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是分析出現(xiàn)偏差的原因．