Question

20．在进行物理课外实践活动中，晓彤同学进行了用电热水壶烧水问题的研究，他选择了如图型号的电热水壶，经过研究发现在白天和傍晚时（气压不变），使用同一电热水壶装满20℃水烧开所用时间不同，白天需用10min，而晚上却用12min．
（1）请计算该电水壶正常工作10min消耗的电能是多少？
（2）晓彤同学使用了300r/kwh的电能表在晚上单独烧同样多的水，发现在2min内电能表转盘转过了14圈，计算此时电热水壶电功率，并说明白天和夜晚烧水时间不同的最可能原因是什么？
（3）通过计算和日常经验说明提高烧水效率的可行方法．

Answer 1

分析 （1）已知电水壶的额定功率，由W=Pt计算电水壶正常工作10min消耗的电能；
（2）从表中数据“300r/kW•h”可以知道每消耗1kW•h的电能，电能表转300转；电水壶工作2min转14r，据此求处2min电热壶消耗的电能；再利用P=$\frac{W}{t}$求出电水壶的实际功率；
实际功率不等于额定功率可能是实际电压不等于额定功率，由此分析；
（3）根据吸热公式Q_吸=cm（t-t₀）计算水吸热与消耗电能比较、分析提高热效率的办法．

解答 解：
（1）由题知，电水壶的额定功率1500W，由P=$\frac{W}{t}$可得电水壶正常工作10min消耗的电能：
W=P_额t=1500W×10×60s=9×10⁵J；
（2）电能表表盘转14圈消耗的电能：
W′=$\frac{14}{300}$kW•h=1.68×10⁵J；
电水壶的实际功率：
P_实=$\frac{W′}{t′}$=$\frac{1.68×1{0}^{5}J}{2×60s}$=1400W，
烧开同样的水，水需要吸收热量是相同的，因为P_实＜P_额，所以用的时间不一样，可能是夜晚使用的用电器（较多）总功率较大，使干路电流很大，导线分得更多电压，使得实际电压低于额定电压的缘故；
（3）壶中水烧开水吸的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×2kg×（100℃-20℃）=6.72×10⁵J，
由此知：Q_吸＜W，说明烧水的过程消耗电能产生的热量并没被水全部吸收，存在有热散失，为了提高烧水效率可以给壶嘴加盖．
答：（1）电水壶正常工作10min消耗的电能是9×10⁵J；
（2）此时电热水壶实际电功率为1400W，夜晚使用的用电器（较多）总功率较大，使干路电流很大，导线分得更多电压，使得实际电压低于额定电压；
（3）可以给壶嘴加盖．

点评 本题是一道电学综合应用题，考查了根据电能表参数计算消耗电能、电功率计算、热量计算等，综合性强，与生活相连，使学生觉得学了物理有用，是一道好题．