题目内容

13.下面的图表是从某台电热饮水机说明书上收集到的信息.经分折得知,当开关s闭合时,饮水机处于加热状态,s断开时,饮水机处于保温状态,为了测量它加热时的实际功率,小明断开其它所有用电器,只将该饮水机接入家庭电路中,团合开关s,测得热水箱中的水从20℃升高到100℃所用时间为7.5min,而同时察到家中标有“1200r/kw.h”字样的电能表转盘转过120转,以根据以上信息,求:(水的比热容是4.2×103J/kg•℃)
热水箱容量1L
额定电压220V
加热时额定功率880W
(1)饮水机热水箱中的水从20℃升高到100℃时所吸收的热量;
(2)饮水机加热时的实际功率;
(3)饮水机加热过程中的热效率.

分析 (1)知道热水箱的容量,可利用公式m=ρV计算出水的质量,又知道水的比热容和温度变化,可利用热量公式Q吸=cm(t-t0)计算出水吸收的热量.
(2)“1200r/kw•h”的意义为:每消耗1kw•h的电能,电能表的转盘就转过1200r,从而可以计算出电能表的转盘转过120r消耗的电能,又知道工作时间,可利用公式P=$\frac{W}{t}$计算出饮水机的实际功率.
(3)已经计算出水吸收热量和饮水机消耗的电能,可利用公式η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$计算出饮水机的热效率.

解答 解:(1)V=1L=1dm3=1000cm3,ρ=1×103kg/m3=1g/cm3,
由ρ=$\frac{m}{V}$可得,水的质量为:m=ρV=1g/cm3×1000cm3=1000g=1kg;
水吸收的热量为:Q吸=C水m(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J.
(2)每消耗1kW•h的电能,电能表的转盘就转过1200r,
则电能表的转盘转过120r消耗的电能为:W=$\frac{120r}{1200r/kW•h}$=0.1kW•h=3.6×105J,
而t=7.5min=450s,
饮水机的实际功率为:P实际=$\frac{W}{t}$=$\frac{3.6×1{0}^{5}J}{450s}$=800W.
(3)Q吸=3.36×105J,W=3.6×105J,
饮水机的热效率为:η=$\frac{{W}_{吸}}{W}$=$\frac{3.36×1{0}^{5}J}{3.6×1{0}^{5}J}$≈93.3%.
答:(1)饮水机热水箱中的水从20℃升高到100℃时所吸收的热量为3.36×105J;
(2)饮水机加热时的实际功率为800W;
(3)饮水机加热过程中的热效率为93.3%.

点评 本题是一道电学与热学的综合应用题,考查了质量、吸收热量、电功、热机效率等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是结合电路图对饮水机状态的判断.与生活相连,使学生觉得学了物理有用,注意计算时的单位变换要正确.

练习册系列答案
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1.在“探究灯泡的电功率跟哪些因素有关”时,同学们提出如下猜想:
甲:电功率跟电流有关,电流越大,电功率越大.
乙:电功率跟电压有关,电压越大,电功率越大.
(1)小明同学就猜想甲进行如下探究:
A.按照如图所示连好电路;
B.更换不同规格的灯泡,移动滑动变阻器的滑片,分别记下电流表的读数和灯泡的亮度.
实验结果如下:
 实验次数 所用灯泡 电流表读数 灯泡亮度
 1 灯泡1 0.1A 很暗
 2 灯泡20.2A 较暗
 3 灯泡3 0.3A 较亮
 4 灯泡4 0.4很亮
C.小明由此得出:电功率跟电流有关,电流越大,电功率越大.
请你对小明的实验过程进行评估,他的实验有什么不合理之处?应如何改进?
不合理之处:未控制灯泡两端电压不变.
改进方法:在灯泡两端接一个电压表,通过调节滑动变阻器,使换灯前后灯泡两端电压保持不变(或用不同规格的灯泡并联,用电流表测出各灯电流,比较电流与亮度的关系).
(2)现有如下器材:不同规格的灯泡2个、电源1个、开关1个、电压表2只、导线若干,请你设计一个实验电路来验证猜想乙,并把电路图画在图2所示的方框内.
(3)探究出电功率跟电压和电流的关系后,爱动脑筋的小明猜想:“电功率跟电阻之间也可能有一定的关系.”于是,他向老师借了一些定值电阻和其他相关器材进行实验,其实验数据如表一、表二所示.
表一                                      
R/Ω510152030
I/A0.20.20.20.20.2
U/V12346
P/W0.20.40.60.81.2
表二
R/Ω510152030
I/A1.20.60.40.30.2
U/V66666
P/W7.23.62.41.81.2
根据表一中的数据可以得出电功率跟电阻阻值之间的关系是:电流一定时,电功率与电阻成正比
根据表二中的数据可以得出电功率跟电阻阻值之间的关系是:电压一定时,电功率与电阻成反比.

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