Question

（1）如圖所示，已知電源電壓為12V，電阻R=6Ω，燈泡L標(biāo)有“12V 6W”字樣，閉合開關(guān)，請(qǐng)你用學(xué)過的電學(xué)知識(shí)求出跟燈泡L相關(guān)的三個(gè)物理量．
（2）小亮家新買了一個(gè)電熱水壺，銘牌上標(biāo)有“220V一50Hz  900W“的字樣，在側(cè)面透明小窗口上清晰地看到盛水的最大容量和最小容量“MAX一1.0L；MIN一0.5L”．小亮對(duì)新電熱水壺很感興趣，于是在家里做了實(shí)驗(yàn)．他把水倒入電熱水壺至最小容量處，用溫度計(jì)測(cè)出水的初溫是20℃，通電4min后水燒開了（當(dāng)時(shí)氣壓為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求：
①加熱過程中水吸收的熱量．[C_水=4.2×10³J/（kg?℃）  ρ_水=1.0×10³kg/m³]
②電熱水壺?zé)�水的效率�?BR>③若電熱水壺盛水至最大容量時(shí)對(duì)桌面的壓強(qiáng)等于不盛水時(shí)對(duì)桌面壓強(qiáng)的3倍，電熱水壺的質(zhì)量是多少？（取g=10N/kg）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)功率公式可求得燈泡的電阻，由電路分析可知燈泡及電阻串聯(lián)，由串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知燈泡的實(shí)際電壓、電流及實(shí)際功率等；
（2）①水燒開說明水溫升高到了100℃，則由比熱公式可求得水吸收的熱量；
②燒開水用時(shí)4min，則因已知電熱水壺的功率故可利用電功公式求得電熱水壺消耗的電能，則由效率公式可求得電熱水壺的效率；
③因題目中沒給出底面積，故可先設(shè)出底面積，然后由壓強(qiáng)公式可表示出盛水前后水壺對(duì)桌面的壓強(qiáng)，則根據(jù)盛水前后壓強(qiáng)的關(guān)系可求得電熱水壺的質(zhì)量．

解答：解：（1）解：由功率公式可求得燈泡L的電阻：
R_L=

U2

P

=

(12V)2

6W

=24Ω；
燈泡L正常發(fā)光時(shí)通過的電流I=

P額

U額

=

6V

12V

=0.5A；
由歐姆定律可得通過燈泡的實(shí)際電流：I=

U

RL+R

=

12V

24Ω+6Ω

=0.4A；
燈泡兩端的電壓U_L=IR_L=0.4A×24Ω=9.6V；
燈泡L消耗的實(shí)際功率P=U_LI=9.6V×0.4A=3.84W（以上任選其三作答即可）．
（2）①加至最小容量時(shí)水的質(zhì)量為
m=ρV_MIN=1.0×10³kg/m³×0.5×10^-3m³=0.5kg；
加熱過程水吸收的熱量Q=mc（t₂-t₁）=0.5kg×4.2×10³J/（kg?℃）×（100℃-20℃）=1.68×10⁵J；
②電熱水壺加熱過程消耗的電能：
W=Pt=900W×4×60s=2.16×10⁵J；
電熱水壺?zé)�水的效率�?

Q

W

×100%=

1.68×105J

2.16×105J

× 100%=77.8%；
③設(shè)電熱水壺底面積為S，質(zhì)量為m₀，最大容量時(shí)水的質(zhì)量m₂=ρ_水V_max
由P=

F

S

得：
不盛水時(shí)水壺對(duì)桌面的壓強(qiáng)P₁=

m0g

S

盛最大容量水時(shí)，電熱水壺對(duì)桌面的壓強(qiáng)為：P₂=

(m0+m2)g

S

依題意得：P₂=3P₁
則

(m0+m2)g

S

=3

m0g

S

解得：m₀=

1

2

m2=

1

2

×1.0×103kg/m3× 1×10-3m3=0.5kg；
答：（1）可求得燈泡電阻為24Ω；燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流為0.5A；燈泡的實(shí)際電流為0.4A；燈泡兩端的電壓為9.6V；燈泡消耗的實(shí)際功率為3.84W（任選3個(gè)回答）
（2）①最小容量時(shí)水的質(zhì)量為0.5kg；②水吸收的熱量為1.68×10⁵J；③水壺的質(zhì)量為0.5kg．

點(diǎn)評(píng)：本題中第一小題考查了對(duì)電路中物理量的掌握及應(yīng)用，應(yīng)明確常見電學(xué)量如：電流、電壓、功率、電阻等；
第二小題聯(lián)系實(shí)際綜合考查了電功、比熱及壓強(qiáng)，內(nèi)容較多，但均為基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)每一知識(shí)都能掌握透徹，本題很容易求解．