题目内容

4.在一次课外活动中,小明同学对家用电器进行了相关的观察和研究,他以一个两用(晴天用太阳能、阴天用电加热)电热水器为观察研究对象,记录了有关数据.关闭家里的其它用电器,只将电热水器接入电路中烧水,用电热水器加热一满壶初温t0=30℃的水,观察电能表,电能表标有“220V  10A  50Hz  600r/KW•h”字样,表盘在15min内转了240r,此时用温度计测得的水温为45℃,请你就这位同学在活动中获得的有关资料,求解有关问题:
(1)加热15min,水所吸收的热量;
(2)电热水器工作15min消耗的电能和电功率;
(3)晴天用太阳能加热,如果每分钟吸收太阳辐射的能量为8.4×104J,其中30%被水吸收,把上述质量、初温相同的水加热到相同的效果需要多长时间?(C水=4.2×103J/(kg•℃)
电热水器的铭牌
型号×××两用电热水器
额定电压220V
额定功率1800W
容积20L
额定最高温度75℃

分析 (1)一满壶水的体积和其容积相等,根据m=ρV求出水的质量,又知道水的比热容和初温、末温,根据Q吸=cm(t-t0)求出水所吸收的热量;
(2)“600r/kW•h”表示每消耗1kW•h的电能,电能表转600转,据此求出电热水器工作15分钟转240r消耗的电能,根据P=$\frac{W}{t}$求出电热水器的电功率;
(3)根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$×100%求出电热水器接收到的太阳能,然后根据每分钟吸收太阳辐射的能量求出需要的时间.

解答 解:(1)一满壶水的体积:
V=20L=20dm3=0.02m3,
由ρ=$\frac{m}{V}$可得,水的质量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×0.02m3=20kg,
水所吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×20kg×(45℃-30℃)=1.26×106J;
(2)电热水器工作15min消耗的电能:
W=$\frac{240r}{600r/kW•h}$=0.4kW•h=1.44×106J,
电热水器的电功率:
P=$\frac{W}{t′}$=$\frac{1.44×1{0}^{6}J}{15×60s}$=1600W;
(3)由η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$×100%可得,电热水器接收到的太阳能:
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.26×1{0}^{6}J}{30%}$=4.2×106J,
因每分钟吸收太阳辐射的能量为8.4×104J,
所以,需要的时间:
t″=$\frac{4.2×1{0}^{6}J}{8.4×1{0}^{4}J/min}$=50min.
答:(1)加热15min,水所吸收的热量为1.26×106J;
(2)电热水器工作15min消耗的电能为0.4kW•h,电功率为1600W;
(3)把上述质量、初温相同的水加热到相同的效果需要50min.

点评 本题考查了密度公式、吸热公式、电功率公式、效率公式的综合应用,明白电能表参数的含义和从题干中获取有用的信息是关键.

练习册系列答案
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19.阅读短文,回答问题:
空气净化器
空气中PM2.5颗粒是灰霾天能见度降低的主要原因.研究表明,当空气中颗粒的直径越接近可见光的波长(波在一个周期内传播的距离叫做波长),颗粒对光的“消光”能力就越强.由于雾霾天气的增多,空气净化器逐渐走入家庭,其工作过程(如图甲)是:脏空气进入净化器时,灰尘被正电钨丝放电而带上正电,流到负电路栅板时,带电灰尘被吸附.此后经过活性炭层时,化学有毒气体被吸附,排出空气的污染物浓度大幅降低,多次循环后变成洁净空气.

洁净空气量(CADR)是反映其净化能力的性能指标,CADR值越大,其净化效率越高.利用CADR值,可以评估其在运行一定时间后,去除室内空气污染物的效果.按下列公式计算CADR:CADR=2.3V/t(V:房间容积;t:空气净化器使房间污染物的浓度下降90%运行的时间.)其铭牌如表:
规格额定电压频率额定功率洁净空气量(CADR)
KJFB2000型220V50HZ55W200m3/h
(1)若可见光的频率约为5×1014Hz(光的波长和频率的关系可以表示为:波速=波长×频率).则可以推算出PM2.5中对能见度造成较大影响的颗粒直径与下列哪一个值最接近C
A.2.5μm          B.0.4μm             C.0.6μm           D.6μm
(2)负电格栅板吸附灰尘的原理是异种电荷相互吸引.该净化器插头插入家中插座后,图甲中钨丝和电格栅板一定不是(选填“肯定是”、“可能是”“一定不是”)分别直接接到火线和零线上.
(3)该空气净化器正常工作时的电流为0.25A,工作一天需要消耗电能1.32度.
(4)某房间的使用面积为18m2,高度是3m.此空气净化器不能(能/不能)在半小时内使房间污染物浓度下降90%.
(5)可变电阻是制作二氧化碳传感器的常用元件,图乙为其控制电路,电源电压保持6V恒定,R1为可变电阻,其阻值随二氧化碳浓度变化如图丙,R0为定值电阻,当浓度为0.031%时,电压表示数为1V,则R0阻值为10Ω,当电压表示数大于3V时,二氧化碳浓度大于0.035%,此时空气净化器会自动报警.

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