Question

19．小王的爸爸喜歡泡茶，泡茶時用的是一個使用內置電熱管的熱水壺燒水，小王仔細閱讀了該熱水壺的說明書，獲知該壺的最大盛水量為1.7kg（有水位標記），壺的加熱功率為1300W．
（1）小王要測出該電熱水壺燒水時的效率（電壓恒定為220V），除了足夠的水以外，還需要準備些什么實驗器材？
（2）請幫助小王設計出實驗的步驟，每個需要記錄的物理量都要配上相應的字母；
實驗步驟：
（3）寫出求熱水壺燒水時的效率的表達式；
（4）若水的初溫是30℃，6min水就燒開可，水的比熱容c_水=4.2×10³J/（kg•℃）請計算效率并分析是否合理，如不合理，請對可能存在的問題做出至少一個合理猜想．

Answer 1

分析 （1）要測電熱水壺的效率，需要知道水吸收熱量，需要測水的初溫；電熱水壺消耗的電能，由W=Pt知需要的器材；
（2）（3）對水加熱，記下加熱時間，分別計算水吸熱和消耗電能，從而得到熱水壺的效率；
（4）分別計算水吸熱和消耗電能比較，并分析．

解答 解：
（1）測電熱水壺的效率，需要知道水吸收熱量，需要用溫度計測出水的初溫；電熱水壺消耗的電能，由W=Pt可知需測在電熱水壺正常工作的時間，所以需要準備秒表；
（2）實驗步驟：
①將壺中裝入水到標記處，用溫度計測出水的初溫t₀；
②將電熱水壺接入電路中，對水加熱，開始記時，直到水沸騰為止，記下加熱時間T秒．
（3）熱水壺燒水時的效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{{c}_{水}m（t-{t}_{0}）}{{P}_{加熱}T}$×100%
=$\frac{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×1.7kg×（100℃-{t}_{0}）}{1300W×T}$×100%
=$\frac{71.4×（100℃-{t}_{0}）}{13T}$×100%；
（4）水吸熱：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×1.7kg×（100℃-30℃）=4.998×10⁵J，
電熱水壺消電能：W=Pt=1300W×300s=3.9×10⁵J，
由此可知：Q＞W(wǎng)，
如果不考慮熱量散失，消耗的電能完全轉化為內能，二者相等，實際是存在熱量散失的，所以吸收的熱量就小于消耗的電能，所以不合理．
造成不合理的原因：
①可能是電源電壓較高，實際電壓大于額定電壓，實際功率大于額定功率；
②可能通電燒水的時間測量有偏差，不止300s（6min）．
故答案為：（1）溫度計；秒表；
（2）實驗步驟：
①將壺中裝入水到標記處，用溫度計測出水的初溫t₀；
②將電熱水壺接入電路中，對水加熱，開始記時，直到水沸騰為止，記下加熱時間T秒．
（3）η=$\frac{71.4×（100℃-{t}_{0}）}{13T}$×100%；
（4）不合理，原因可能是電源電壓較高，實際電壓大于額定電壓，實際功率大于額定功率．

點評 本題考查實驗設計、熱量和電能的計算，關鍵是公式及其變形的靈活運用，難點是分析出現(xiàn)偏差的原因．