题目内容

20.德国设计师设计了一个极具创新的智能加热用具,如图所示.该加热用具由底座和一根独立的电磁加热棒组成,可迅速加热任何容器里的液体,不但使用方便,卫生易清洗,还能避免浪费,其加热效率高达96%.该加热用具的额定电压为220V,最大功率为1500W.
(1)使用该用具加热时,处在水中的加热棒产生微波加热水.当产生的微波频率变大时,其微波波长将会变短(选填“变长”、“变短”或“不变”).
(2)该智能加热用具工作时,通过的最大电流为多少?
(3)该加热用具烧开一杯250g、20℃的水(在1标准大气压下),最快需要多长时间?
(4)用这种智能加热用具每天烧开6杯250g、20℃的水(在1标准大气压下),一个月(按30天计算)消耗电能多少度?已知水的比热容为C水=4.2×103J/(kg•℃).

分析 (1)各种频率的电磁波速度是一定的,根据c=λf可知波长与频率的关系;
(2)根据P=UI求出该智能加热用具工作时通过的电流;
(3)知道水的质量和初温、末温(在1标准大气压下水的沸点为100℃)以及比热容,根据Q吸=cm(t-t0)求出水吸收的热量,根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求出消耗的电能,利用P=$\frac{W}{t}$求出需要的加热时间;
(4)根据题意求出一个月消耗的电能.

解答 解:(1)微波属于电磁波,其传播速度为光速不变,由c=λf可知,当产生的微波频率变大时,其微波波长将会变短;
(2)由P=UI可得,该智能加热用具工作时,通过的最大电流:
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1500W}{220V}$≈6.8A;
(3)在1标准大气压下水的沸点为100℃,则水吸收的热量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×0.25kg×(100℃-20℃)=8.4×104J,
由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$可得,消耗的电能:
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{8.4×1{0}^{4}J}{96%}$=8.75×104J,
由P=$\frac{W}{t}$可得,需要的加热时间:
t′=$\frac{W}{P}$=$\frac{8.75×1{0}^{4}J}{1500W}$≈58.3s;
(4)一个月消耗的电能:
W总=nW=6×8.75×104J×30=1.575×107J=4.375kW•h=4.375度.
答:(1)变短;
(2)该智能加热用具工作时,通过的最大电流为6.8A;
(3)该加热用具烧开一杯250g、20℃的水(在1标准大气压下),最快需要58.3s;
(4)一个月消耗的电能为4.375度.

点评 本题考查了波速、波长和频率的关系以及电功率公式、吸热公式、效率公式、电功公式的应用,要注意在1标准大气压下水的沸点为100℃.

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