Question

6．某家用電熱水器的銘牌如圖1：

（1）該電熱水器使用的插座應選用圖2甲或乙中的哪一個？選擇它的理由是什么？選擇乙．由于三孔插座中多出的一個孔是用來接地線的；當熱水器萬一漏電時，電流可通過接地線流入大地，避免觸電危險．
（2）求該電熱水器正常工作時電熱絲的電阻．
（3）將該電熱水器裝滿水，并通電使它正常工作，已知電熱絲產(chǎn)生的熱量有80%被水吸收．求：使水溫由20℃升高到60℃所需的時間．[水的比熱容為4.2×10³ J/（kg•℃）]．

Answer 1

分析 （1）三孔插座中多出的一個孔是用來接地線的；家用電器都使用三孔插座，當用電器漏電時，會使外殼帶電，若接上地線，即便漏電，電流也就通過地線，流入大地，防止觸電事故的發(fā)生．
（2）由銘牌可知額定電壓和額定功率，根據(jù)正常工作時的實際功率和額定功率相等，利用R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出此時電熱絲的電阻．
（3）由密度公式計算出水的質(zhì)量，由吸熱公式Q_吸=cm△t計算吸收的熱量；根據(jù)電熱水器的效率先計算電熱絲正常工作時所需要產(chǎn)生熱量，由電熱公式計算電流產(chǎn)生這些熱量所需要的時間．

解答 解：（1）選擇乙．由于三孔插座中多出的一個孔是用來接地線的；當熱水器萬一漏電時，電流可通過接地線流入大地，避免觸電危險，故選擇圖乙．
（2）由銘牌可知：額定電壓U_額=220V，額定功率P_額=2kW=2000W，
則根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得電熱絲的電阻：
R=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{2000W}$=24.2Ω．
（3）將該電熱水器裝滿水，水的質(zhì)量為：
m=ρV=1×10³kg/m³×40×10^-3m³=40kg．
使水溫由20℃升高到60℃，水需要吸收熱量為：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×40kg×（60℃-20℃）=6.72×10⁶J．
由于電熱絲所產(chǎn)生熱量的80%被水吸收，
所以，W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{6.72×1{0}^{6}J}{80%}$=8.4×10⁶J．
 由Q_放=W=Pt得：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{8.4×1{0}^{6}J}{2000W}$=4.2×10³s=70min．
答：（1）選擇乙．由于三孔插座中多出的一個孔是用來接地線的；當熱水器萬一漏電時，電流可通過接地線流入大地，避免觸電危險，故選擇圖乙．
（2）該電熱水器正常工作時電熱絲的電阻為24.2Ω．
（3）使水溫由20℃升高到60℃所需的時間為70min．

點評 本題是一道電學與熱學的綜合應用題．與生活相連，使學生覺得學了物理有用，且加強了學生的節(jié)能環(huán)保的意識．計算時注意單位的統(tǒng)一．