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17.小李家买回一台新型快速电热水壶如图甲所示,其内部工作电路如图乙所示:此壶在烧水时是在加热胆中储水,由“电热管”R1加热工作的:当壶内水烧开时,其温控开关S自动断开,电热水壶处于保温状态.电热水壶的铭牌上标有如下表中(如表所示)数据.求:
型号允许的最大装水质量加热时电路总功率保温时电路总功率额定电压
1DE-1022kg2000W50W220V

(1)电热水壶把装有2kg,20℃的水烧开最少需要消耗电能多少焦耳?(一标准大气压下)(水的比热容为c水=4.2×103J/kg•℃)
(2)将此装有2kg,20℃的电热水壶接在220V电路中时,小李实际测量了其加热时间为8min,则此电热水壶实际耗电多少焦耳?
(3)将此电热水壶接在220V电路中时,要使电热水壶满足保温功率,图中R0的电阻应取多大值.

分析 (1)水吸收的热量即为至少消耗的电能,可以利用公式Q吸=cm(t-t0)求得;
(2)利用W=Pt求出消耗的电能;
(3)由图根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知S闭合为加热状态,S断开为保温状态,根据电路特点和R=$\frac{{U}^{2}}{P}$计算电阻.

解答 解:
(1)至少消耗的电能为:
W=Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J;
(2)电热水壶接在220V电路中正常工作,加热时间为8min消耗电能:
W=Pt=2000W×8×60s=9.6×105J;
(3)由图当S闭合时只有电热管R1连入电路中,
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得R1的电阻为:
R1=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加热}}$=$\frac{(220V)^{2}}{2000W}$=24.2Ω,
当S断开时,两电阻串联,
所以R1+R0=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{保温}}$,
即:24.2Ω+R0=$\frac{(220V)^{2}}{50W}$
解得:R0=943.8Ω.
答:(1)电热水壶把装水烧开最少需要消耗6.72×105J电能;
(2)实际测量了其加热时间为8min,则此电热水壶实际耗电9.6×105J;
(3)要使电热水壶满足保温功率,R0的电阻应取943.8Ω.

点评 本题是电热水壶烧水的问题,考查了热量计算、电功、电功率计算以及串联电路特点等,综合性强,正确分析加热和保温状态是关键.

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4.为了探究平面镜成像特点,小柯将一块厚度为0.5cm的玻璃板(P、Q两个平面都是可以作为平面镜使用,如图甲)竖直架在水平台板上面,再取两根完全相同的蜡烛A和蜡烛B,分别竖直置于玻璃板两侧,点燃玻璃板前的蜡烛A,进行实验.

(1)在实验中,小柯透过玻璃板看到了蜡烛A的2个清晰的像,他用未点燃的蜡烛B找到了这两个像,分别位于右图中的A′和A??处,其中A′处的像是蜡烛A通过玻璃板的P(填“P”或“Q”)平面成像得到的.
(2)小柯在A′处都放了一张白纸做光屏,结果白纸上不能(选填“能”或“不能”)接收到蜡烛A的像.
物距U(cm)5.06.07.08.0
像距V(cm)4.55.56.57.5
(3)小柯按照图中的测量方法,改变蜡烛A的位置,认真测量并记录了一些数据:
然后得出像距小于物距的结论,你认为他的测量错误是:像距V.(填“物距U”或“像距V”)
(4)小柯吸取了经验教训,重新选择了一块薄(填“薄”或“厚”)的玻璃板进行了实验.
(5)此实验采用透明玻璃板代替平面镜,虽然成像不如平面镜清晰,但却能在观察到A蜡烛像的同时,也能观察到B蜡烛,巧妙地解决了像的位置不易确定的问题,他主要采用的研究方法是替代(选填“控制变量”、“替代”或“理想模型”).
(6)小柯在实验过程中,让玻璃板沿OO′轴(如图乙玻璃板与桌面的接触部分)方向水平向右移动,结果他发现镜中的像相对于A不移动(选填“向右”.“向左”或“不”);他又将玻璃板绕OO′轴转向自己,发现镜中的像转向自己(选填“转向自己”、“转离自己”或“不动”).

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