题目内容

为了测量电水壶烧水时功率，同学们正在分组实验．
（l）甲实验组的同学利用家中的电能表和秒表进行测量．
请你设计出实验操作的过程，并用测出的和已知的物理量表示电水壶的实际功率；
（2）乙实验组的同学在实验室里取出其他器材进行实验．他们设计出另外二种实验方法，请你写出其中的一种测量方法，要求画出电路图，简述实验步骤；
（3）同学们认为这几种测量都不可避免地有误差，有的方法误差较大，为了减小误差，请说明实验时要注意的问题．（只写其中一种即可）
（4）根据实验测量出的数据，可以测出电水壶烧水过程中能量转化效率．请依据上述同学的一种测量方法，写出能量转化效率的数学表达式．

分析：（1）用电能表测出电热水壶消耗的电能，用秒表测出电热水壶的做功时间，由电功率公式求出电水壶的功率．
（2）可用伏安法测电热水壶的功率，用电压表测电热水壶的电压，用电流表测通过电热水壶的电流，
然后由功率公式P=UI求出热水壶的实际功率．
（3）从减小其它用电器的影响、电表读数误差、多次测量求平均值等方面提出减小误差的措施．
（4）用电能表测功率时，由电能表求出电热水壶消耗的电能，由热量公式求出水所吸收的热量，
然后由效率公式求出电热水壶的效率．

解答：

解：（1）①断开家中其它所有的用电器，电路中只接入电水壶，
用秒表测出时间t内，电能表转盘转过的圈数n；
②由电能表铭牌找出电路消耗1kW?h的电能表转盘转过的圈数N
则电热水壶消耗的电能W=

1kW?h

N转

×n转=

×1kW?h=3.6×10⁶J×

，
电热水壶的实际功率P=

3.6×106×n

（W）．
（2）把电热水壶与电流表串联接入电路，用电压表测出电热水壶的电压，
由电功率公式P=UI求出电热水壶的功率；电路图如图所示．
实验步骤：①根据电路图，连接电路图；②闭合开关，读出电压表U与电流表I的示数；
③由电功率公式P=UI求出电热水壶的实际功率．
（3）用电能表测热水壶的实际功率时，要把电路中其它所有用电器关闭，可以减小测量误差；
用伏安法测电热水壶的实际功率时，对电表读数时，视线要与刻度线垂直，读数要准确，
另外可以进行多次测量，以便减小误差．
（4）用电能表进行实验时，测出水的质量m，水的初温t₀，水的末温t，
由热量公式Q=cm（t-t₀）求出水所吸收的热量，则能量转化的效率：
η=

×100%=

cm(t-t0)

3.6×106J×

×100%=

cm(t-t0)N

3.6×106J×n

×100%．
故答案为：答案如上所述．

点评：本题是一道实验设计题，知道测出电热水壶消耗的能与做功时间可以求出电功率，测出电热水壶的电压与电流也可以测出电热水壶的功率是正确解题的前提与关键．