Question

隨著城市化建設(shè)的發(fā)展，許多家庭都住進(jìn)了高樓大廈，小麗家住進(jìn)新樓后，為了淋浴的方便，購置了一款某型號的電熱水器（其銘牌見下表），安裝在衛(wèi)生間的墻上．小麗在使用過程中發(fā)現(xiàn)：
（1）注滿水的電熱水器，在額定電壓下連續(xù)加熱40min，熱水器上的溫度示數(shù)由22℃上升到46.2℃．已知水的比熱容為4.2×10³J/（kg．℃），水的密度為1.0×10³kg/m³，求此過程中電熱水器的熱效率．
（2）該熱水器在某時(shí)間段使用時(shí)，20min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為2.4×10⁶J，求通過電熱水器的電流和它工作的實(shí)際電壓．
（3）防電墻技術(shù)就是在電熱水器內(nèi)部形成永久性電阻，電熱水器經(jīng)防電墻處理后，使人體承受的電壓不高于20V，保證異常漏電情況下，接觸熱水器的人的安全．如圖所示，若人體的最大電阻為20MΩ，試求防電墻的電阻．

某型號電熱水器
額定電壓/V	220
額定電功率/W	2420
容積/dm3	50
商品特征：安全防電墻、防水、防塵、防潮

Answer 1

解：（1）根據(jù)ρ=可得，水箱中水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×50×10^-3m³=50kg，
水箱中的水吸收的熱量：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×50kg×（46.2℃-22℃）=5.082×10⁶J，
水箱中的水在額定電壓下連續(xù)加熱40min消耗的電能：
W=Pt=2420W×40×60s=5.808×10⁶J，
電熱水器加熱時(shí)的熱效率：
η=×100%=×100%=87.5%；
（2）根據(jù)P=可得，電熱水器的電阻：
R===20Ω，
根據(jù)Q=I²Rt可得，通過熱水器的電流：
I===10A，
根據(jù)歐姆定律可得，工作的實(shí)際電壓：
U=IR=10A×20Ω=200V；
（3）在異常漏電的情況下，人體與防電墻串聯(lián)，
∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
∴防電墻的電壓：
U_墻=U-U_人=220V-20V=200V，
∵串聯(lián)電路中各處的電流相等，
∴=，即=，
解得：R_墻=20MΩ．
答：（1）此過程中電熱水器的熱效率為87.5%；
（2）通過電熱水器的電流為10A，它工作的實(shí)際電壓為200V；
（3）防電墻的電阻為200MΩ．
分析：（1）根據(jù)密度公式求出水箱中水的質(zhì)量，根據(jù)Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，額定電壓下電熱水器加熱時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)W=Pt求出消耗的電能，利用η=×100%求出此過程中電熱水器的熱效率；
（2）根據(jù)P=求出電熱水器的電阻，再根據(jù)焦耳定律求出通過熱水器的電流，利用歐姆定律求出工作的實(shí)際電壓；
（3）在異常漏電的情況下，人體與防電墻串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出防電墻的電壓，利用串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)建立等式即可求出防電墻的電阻．
點(diǎn)評：本題考查了電功和熱量的綜合計(jì)算，涉及到密度公式、吸熱公式、電功公式、效率公式、焦耳定律和歐姆定律以及串聯(lián)電路特點(diǎn)的應(yīng)用，綜合性強(qiáng)，難度較大．