Question

16．如圖是一種煲湯用的電熱鍋工作原理圖，其中溫控器的作用是每當水沸騰后能自動斷電一段時間．電熱鍋的部分參數如表所示．

容積	3L
額定電壓	220V
保溫功率	80W
加熱功率	500W

（1）三腳插頭上標著E的導線和電熱鍋的金屬外殼相連，插座上相應的導線和大地相連．
（2）調節(jié)切換開關，可以使電熱鍋處于“關、高溫、自動、保溫”四種工作狀態(tài)，則原理圖中的切換開關連接觸點“1”時為高溫檔．使用該檔將滿鍋水，從20℃到燒開，需要吸收多少熱量？[c_水=4.2×10³J/（kg•℃），1L=10^-3m³，氣壓為一標準大氣壓，電熱水壺吸收的熱量忽略不計]
（3）若通過完全燃燒天然氣加熱一滿鍋水，從20℃到燒開，需要多少立方米天然氣？（天然氣的熱值為4.0×10⁷J/m³，不考慮熱量的損失）
（4）若售貨員宣傳該電熱鍋燒開一鍋水，僅需要5分鐘，可信嗎？請通過計算說明理由．

Answer 1

分析 （1）電熱鍋使用三腳插頭，E導線和電熱鍋的金屬外殼相連，插入插座時，通過地線與大地連接；當用電器漏電時，人接觸用電器，人被接地導線短路，即使接觸了漏電的用電器也不會發(fā)生觸電事故；
（2）由電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電壓一定時，電阻越小，功率越大；再結合R₁與R₂的大小關系和電路圖判斷接哪個觸點為高溫擋；
由密度的變形公式求出水的質量，然后由吸熱公式Q_吸=cm△t求出水吸收的熱量．
（3）不考慮熱量的損失，則完全燃燒天然氣放出的熱量Q_放=Q_吸，再根據Q_放=Vq計算需要燃燒天然氣的體積；
（4）根據Q=W=P_加t求出電熱鍋正常工作5min提供的熱量，并與水吸收的熱量進行比較，據此作答．

解答 解：
（1）三腳插頭上標著E的導線和電熱鍋的金屬外殼相連，該插頭插入插座時，通過地線與大地相連；這樣電熱鍋的金屬外殼就接地了，保證了用電的安全．
（2）由電路圖提供的信息可知R₁＞R₂，
根據電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電壓一定時，電阻越小，功率越大，
所以，切換開關連接觸點1時，只有R₂工作，其消耗的電功率最大，此時處于高溫檔（開關連接觸點2時，由于接入了溫控器，此時為自動擋）；
滿鍋水的體積：V=3L=3dm³=3×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，滿鍋水的質量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×3×10^-3m³=3kg，
將滿鍋水從20℃到燒開，水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×3kg×（100℃-20℃）=1.008×l0⁶J，
（3）若通過完全燃燒天然氣加熱一滿鍋水，不考慮熱量的損失，
則完全燃燒天然氣放出的熱量：Q_放=Q_吸=1.008×l0⁶J，
根據Q_放=Vq可得，需要燃燒天然氣的體積：
V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.008×1{0}^{6}J}{4.0×1{0}^{7}J/{m}^{3}}$=0.0252m³．
（4）由表格數據可知，電熱鍋處于高溫檔時，加熱功率為500W，
電熱鍋正常工作t=5min=300s提供的熱量為：
Q=W=P_加t=500W×300s=1.5×10⁵J＜1.008×l0⁶J；
即電熱鍋正常工作5min提供的熱量小于把水燒開需要的熱量，所以該說法不可信．
答：（1）電熱鍋的金屬外殼；大地；
（2）1；該檔將滿鍋水，從20℃到燒開，需要吸收1.008×l0⁶J的熱量；
（3）若通過完全燃燒天然氣加熱一滿鍋水，從20℃到燒開，需要0.0252立方米天然氣；
（4）該說法不可信，因為電熱鍋正常工作5min提供的熱量小于把水燒開需要的熱量．

點評 本題考查了安全用電的常識、電功率公式、電功公式、吸熱公式、放熱公式、密度公式的靈活應用，是一道電學和熱學的綜合題，有一定難度．