Question

如圖，平底電熱水壺的質(zhì)量是500g，底面積是40cm²，內(nèi)盛0.5kg的水，放置在面積為1m²的水平桌面中央．試求：
（1）將壺和壺中的水看作一整體，畫(huà)出其受力的示意圖；
（2）水對(duì)壺底部的壓力；
（3）由于壺體吸熱及熱散失等，此電熱水壺的效率約為70%．試計(jì)算：要在5min內(nèi)將此壺水燒開(kāi)，此壺的電功率至少要多大？設(shè)水的初溫為20℃．

Answer 1

解：（1）m_總=m_水+m_壺=0.5kg+0.5kg=1kgG_總=m_總g=1kg×10N/kg=10N
∵壺在水平桌面上，
∴F_支=G_總=10N，靜止在桌面上的熱水壺受到了重力和桌面對(duì)它的支持力的作用，在這兩個(gè)力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，說(shuō)明了這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力，大小是相等的，如下圖所示：
（2）水對(duì)壺底的壓強(qiáng)為p=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.12m=1.2×10³P_a，
水對(duì)壺底的壓力為：，
（3）將水燒開(kāi)所需的熱量Q=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×0.5kg×（100℃-20℃）=4.2×4×10⁴J，
所需的電能，
所需的電功率．
答：（2）水對(duì)壺底的壓力是4.8N；（3）此壺的電功率至少為800W．
分析：（1）首先分析熱水壺受到哪些力的作用；然后根據(jù)熱水壺的狀態(tài)畫(huà)出熱水壺受力的示意圖．
（2）要求水對(duì)茶壺底部的壓力先求水茶壺底部的壓強(qiáng)，再根據(jù)壓強(qiáng)和茶壺的底面積求水茶壺底部的壓力．
（3）由熱量公式Q=cm△t求出水吸收的熱量，然后由功率公式求出電熱水壺的功率．
點(diǎn)評(píng)：通過(guò)本題要求掌握力的示意圖的畫(huà)法、二力平衡的條件、固體壓強(qiáng)和液體壓強(qiáng)的計(jì)算以及物體所受壓力的計(jì)算，關(guān)鍵是要分析出接觸面積．涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，是一道綜合題．