题目内容
12.(1)该热水器装满水时,水的质量是多少?
(2)为保证洗浴安全,电热水器一般都装有防电墙.它的工作原理如图(甲)所示,防电墙相当于一个高值电阻R,热水器的水经它流出,万一发生漏电事故,防电墙可以承受220V电压中的大部分电压,从而使人体两端的电压小于人体绝对安全电压20V,此时防电墙两端的电压U1至少是多少伏?此时流经热水器出水的电流为0.02mA,R的阻值是多少欧?
| 容量 | 80L |
| 额定电压 | 220V |
| 额定功率 | 1000W |
| 设置温度范围 | 30~75℃ |
分析 (1)由铭牌可知热水器的容量,根据m=ρV可求水的质量;
(2)防电墙与人体串联,根据串联电路的电压特点求出防电墙两端的最小电压,根据欧姆定律求出R的阻值;
(3)先根据Q=cm△t求出水吸收的热量,再根据Q=W=Pt求出该热水器的加热时间.
解答 解:(1)该热水器装满水时,水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×0.08m3=80kg;
(2)防电墙与人体串联,
因为串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以防电墙两端的最小电压:
U1=U-U人=220V-20V=200V;
此时电路中的电流I=0.02mA=2×10-5A,
因为I=$\frac{U}{R}$,
所以R的阻值为:
R=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{200V}{2{×10}^{-5}A}$=1×107Ω.
(3)水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×80kg×(40℃-20℃)=6.72×106J,
由题知,Q吸=W=Pt,
所以加热时间:
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{6.72{×10}^{6}J}{1000W}$=6.72×103s.
答:(1)该热水器装满水时,水的质量是80kg;
(2)为保证安全,防电墙两端的电压U1至少是200伏,R的阻值为1×107Ω;
(3)将水从20℃加热到40℃水吸收的热量是6.72×106J;热水器要正常工作6.72×103s.
点评 本题考查了密度、热量、电功公式和串联电路的特点以及欧姆定律的计算,关键是能把防电墙与人体看成串联来处理,计算过程要注意单位的换算.
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