Question

随着生活水平的不断提高，家用电器的逐渐普及，电热壶（如图）已进入千家万户．为什么当今家庭使用电热壶的数量会越来越多呢？带着这个问题，某课外兴趣小组利用节假日进行了家庭调查．以下是两位同学的调查结果．
调查日期：2007年5月5日

家庭人口情况	3人	家庭中每天所需要的开水数量（以热水瓶为单位	5瓶（2L/瓶）
获得开水的渠道		1．电热壶（√）  2．燃气烧开水（　　） 3．其他
当地能源价格		电价：0.50元/kW?h	燃气：4.50元/m3
使用电热壶烧开水的调查情况
电热壶的规格	额定电压  220V 额定功率  1000W		烧一壶开水所用的时间为17.5min
	容量  3L

调查日期：2007年5月6日

家庭人口情况	4人	家庭中每天所需要的开水数量（以热水瓶为单位	5瓶（2L/瓶）
获得开水的渠道		1．电热壶（　　）  2．燃气烧开水（√） 3．其他
当地能源价格		电价：0.50元/kW?h	燃气：4.50元/m3
使用燃气烧开水的调查情况
水壶的容量3L	烧一壶开水所用的燃气量0.04m3

（1）从理论上计算，小明家用电热壶烧开一壶水需要多长时间（设水的初温为20℃）．与实际有无差别，简要说明原因．
（2）分析调查结果，并结合实际说明使用那种方法烧水更好一些．
（3）电热壶在设计构造中运用了许许多多的物理知识．请你举出两点，并说明这样设计的好处．

Answer 1

分析：（1）知道水壶的容积，利用密度公式求水的质量，又知道水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量；根据W=Q=Pt求加热时间；和调查时间比较，并分析有差别的原因（有热损失）．
（2）通过调查数据计算用电热壶加热一壶水消耗的电能、需要的费用（资金），用燃烧煤气加热需要的资金，进行比较，得出哪一种更经济，并从环保方面分析．
（3）从连通器、壶盖有小孔、手柄用塑料做成、手柄宽而扁而且有花纹、用三孔插座等方面分析所用的物理知识和设计的好处．

解答：解：（1）一壶水的体积：
v=3L=3×10^-3m³，
一壶水的质量：
m=ρv=1×10³kg/m³×3×10^-3m³=3kg，
烧开一壶水所吸收的热量：
Q_吸=cm△t
=4.2×10³J/（kg?℃）×3kg×（100℃-20℃）
=1.008×10⁶J
∵W=Q=Pt
∴加热时间：
t=

W

P

=

1.008×106J

1000W

=1008s=16.8min＜17.5min
原因：电流做功消耗的电能不能全部被水吸收，有一部分被壶吸收、有一部分热散失到空气中；
（2）用电热壶烧开一壶水消耗的电能：
W=Pt=1kW×17.5×

1

60

h≈0.3kW?h，
所用的资金：
0.50元×0.3=0.15元，
用燃气烧开一壶水所用的资金：
4.50元×0.04=0.18元，
由此可见，用电热壶烧开一壶水比用燃气烧开一壶水经济，同时用电热壶更环保；
（3）手柄宽而扁而且有花纹，好处：增大受力面积减小对手的压强、增大接触面得粗糙程度增大摩擦；用三脚插头和三孔插座，使电热壶的外壳接地，防止壶身漏电时造成触电事故．
答：（1）从理论上计算，小明家用电热壶烧开一壶水需要16.8min，与实际有差别，原因是电流做功消耗的电能不能全部被水吸收，有一部分被壶吸收、有一部分热散失到空气中；
（2）用电热壶烧开一壶水比用燃气烧开一壶水经济，同时用电热壶更环保；
（3）手柄宽而扁而且有花纹，好处：增大受力面积减小对手的压强、增大接触面得粗糙程度增大摩擦；用三脚插头和三孔插座，使电热壶的外壳接地，防止壶身漏电时造成触电事故．

点评：本题是一道电学与热学的综合应用题，利用好W=Q=Pt是本题的关键，本题涉及到对调查数据的处理，属于难题！