Question

15．進入冬季，我市各中小學(xué)在校園內(nèi)都安裝了電熱飲水設(shè)備．如圖甲是某校電熱飲水器，已知該飲水器內(nèi)部電路主要由電熱絲構(gòu)成，圖乙是其銘牌．請根據(jù)圖中提供的信息，解答下列問題：

（1）為安全起見，該設(shè)備使用的插座應(yīng)選用圖丙中哪一個？說明理由；
（2）請計算該飲水器正常工作時，內(nèi)部電熱絲的電阻；
（3）該飲水器內(nèi)裝滿水后通電加熱，水溫由10℃升高到100℃，這些水吸收的總熱量是多少？若飲水器的電熱轉(zhuǎn)化效率為90%，問需加熱多長時間？

Answer 1

分析 （1）三孔插座中多出的一個孔是用來接地線的，當(dāng)家用電器漏電時，可以使漏電通過地線，流入大地，防止觸電事故的發(fā)生；
（2）該飲水器正常工作時的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電熱絲的電阻；
（3）知道水的體積，根據(jù)m=ρV求出水的質(zhì)量，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出消耗的電能，利用P=$\frac{W}{t}$求出加熱時間．

解答 解：（1）為了防止家用電器漏電、造成觸電事故，必須使電熱水器的外殼與大地相連接，所以插頭應(yīng)選用圖A中的三孔插頭；
（2）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，該飲水器正常工作時電熱絲的電阻：
R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（220V）^{2}}{3000W}$≈16.13Ω；
（3）水的體積：V=30L=30dm³=0.03m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×0.03m³=30kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×30kg×（100℃-10℃）=1.134×10⁷J，
由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%可得，消耗的電能：
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.134×1{0}^{7}J}{90%}$=1.26×10⁷J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，加熱時間：
t′=$\frac{W}{P}$=$\frac{1.26×1{0}^{7}J}{3000W}$=4200s．
答：（1）A；如果電器內(nèi)部絕緣體老化或損壞，電就可能傳到金屬外殼上，所以有金屬外殼的用電器，金屬外殼必須接地；
（2）該飲水器正常工作時，內(nèi)部電熱絲的電阻為16.13Ω；
（3）該飲水器內(nèi)裝滿水后通電加熱，水溫由10℃升高到100℃，這些水吸收的總熱量是1.134×10⁷J，若飲水器的電熱轉(zhuǎn)化效率為90%，問需加熱4200s．

點評 本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題．與生活相連，使學(xué)生覺得學(xué)了物理有用，且加強了學(xué)生的節(jié)能環(huán)保的意識，計算時注意單位的統(tǒng)一．