Question

電熱器是現(xiàn)在家庭中常用的家用電器．小明家新買了一臺(tái)熱水器，熱水器上有這樣的銘牌，同時(shí)他們還在說(shuō)明書上找到了該電熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖．

額定電壓	額定功率	頻率	凈重	防觸電保護(hù)	容積
220V	2000W	50Hz	22kg	I級(jí)	20L

小明準(zhǔn)備同爸爸一起安裝熱水器．請(qǐng)你回答下列問題：
（1）他們應(yīng)當(dāng)選用圖中的

 

號(hào)插座為熱水器插座，因?yàn)檫@種插座

 

．

（2）從結(jié)構(gòu)示意圖上可以看出進(jìn)水口大大低于出水口，這樣設(shè)計(jì)的理由是什么？

（3）小明家客廳中安裝的是一盞“220V 60W”的白熾燈，如果只有這盞燈和電熱器連入電路，當(dāng)他們正常工作時(shí)，電路中的電流和電阻有多大？
（4）電熱水器中裝滿水時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的熱量只有80%被水吸收，那么將熱水器中的水從20℃加熱到80℃需要通電多長(zhǎng)時(shí)間？
（5）媽媽認(rèn)為客廳中使用40W的燈泡亮度就足夠了．但是家中有2個(gè)燈泡，標(biāo)簽都模糊不清了，媽媽只記得一只是100W的．一只是40W的，不將燈泡連入電路，你有辦法分辨出兩只燈泡嗎？說(shuō)明你的方法和理由．

Answer 1

分析：（1）熱水器的外殼是金屬外殼，為了防止觸電，要通過三孔插座接地線．
（2）進(jìn)水口大大低于出水口，說(shuō)明不會(huì)把水放完，可心防止沒有水而發(fā)熱體工作損壞發(fā)熱休．
（3）由電功率的變形公式分別出計(jì)算燈和熱水器的電流，由并聯(lián)電路的特點(diǎn)知干路中的電流等于各支路電流之和．再由歐姆定律求得電路中的總阻值．
（4）先由熱量公式計(jì)算出應(yīng)吸收的熱量，再由效率、功率公式計(jì)算所要用的時(shí)間．
（5）額定功率不同而額定電壓相等的燈的燈絲的電阻不同，可由燈絲的粗絲識(shí)別．

解答：解：（1）由于熱水器是金屬外殼，可通過三孔插座接地線，能夠防止觸電，故要用三孔插座．
（2）進(jìn)水口大大低于出水口，在放水時(shí)，就不能把水放完，可以使加熱時(shí)的溫度不會(huì)升高的太高，也就不會(huì)損壞發(fā)熱體．
故答案為：2；能接地線．
（3）燈的電流I₁=

P

U

=

60W

220V

≈0.27A，熱水器中的電流I₂=

P′

U

=

2000W

220V

≈9.09A；
由于燈與熱水器是并聯(lián)，故燈與熱水器同時(shí)工作時(shí)，干路中的電流I=I₁+I₂=0.27A+9.09A=9.36A．
干路中的總電阻為：R_總=

U

I

=

220V

9.36A

≈23.5Ω．
答：燈與熱水器同時(shí)工作時(shí)，電路中的電流為9.36A，電阻為23.5Ω．
（4）熱水器中的水的質(zhì)量m=ρV=1000kg/m³×0.02m³=20kg，
水吸收的熱量Q=cm△t=4200J/（kg?℃）×20kg×60℃=5040000J，
電流做的功W=

Q

η

=

5040000J

80%

=6.3×10⁶J．
用的時(shí)間t=

W

P

=

6300000J

2000W

=3150s．
答：所用的加熱時(shí)間大約為3150s．
（5）由電功率的推導(dǎo)公式P=

U2

R

知，當(dāng)額定電壓相等時(shí)，額定功率大的燈的電阻小，而在材料、長(zhǎng)度相等時(shí)，橫截面積大者電阻小，故由燈絲的粗絲識(shí)別額定功率的大小，100W的燈絲粗，40W的燈的燈絲細(xì)．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道電流與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，涉及了安全用電的知識(shí)，熱量、電功、電功率的計(jì)算及影響電阻的因素的分析．