Question

1．李明同學(xué)在家里只用溫度計(jì)和秒表通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究“燒水過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化效率”的問(wèn)題時(shí)，選用了如圖所示的電水壺．其額定電壓為220V，額定功率為P₀，容積為V₀．
（1）請(qǐng)你幫李明完成實(shí)驗(yàn)步驟．
a．觀察電水壺銘牌額定功率P₀（W），容積V₀（m³）；
b．電水壺中盛滿水，用溫度計(jì)測(cè)出水的初溫t_l（℃）；
c．關(guān)閉家中其它用電器，將此水壺單獨(dú)接人電路中，用秒表計(jì)時(shí)，記錄用時(shí)t（s）和水的末溫t₂（℃）
d．計(jì)算出水吸收的熱量為Q=cρv₀（t₂-t₁）；消耗的總電能為W=P₀t，電水壺?zé)�水過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式η=$\frac{cρ{V}_{0}（{t}_{2}-{t}_{1}）}{{P}_{0}t}$（水的密度為ρ）．
（2）根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及表達(dá)式，指出有哪些因素影響電水壺?zé)�水過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化效率．①水的體積（質(zhì)量）；②水的溫度差；③加熱時(shí)間；④電水壺的功率．．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)量加熱時(shí)間和水的溫度，需要的測(cè)量工具：秒表、溫度計(jì)；
知道容積V₀，利用密度公式ρ=$\frac{m}{V}$求出水的質(zhì)量，用溫度計(jì)測(cè)量水的初溫t₁和末溫t₂，再利用吸熱公式Q=cm（t₂-t₁）求出水吸收的熱量；
知道電熱水壺的電功率P₀，測(cè)出加熱時(shí)間t，利用W=Pt求消耗的電能；
再利用效率公式求解；據(jù)此設(shè)計(jì)步驟并求解；
（2）由于水的體積（是否裝滿）、水的溫度、加熱時(shí)間、電功率（所加電壓不一定等于額定電壓，實(shí)際功率不一定等于額定功率）的數(shù)值可能不準(zhǔn)確，影響能量轉(zhuǎn)化效率．

解答 解：（1）b．測(cè)量溫度的工具是溫度計(jì)，所以電水壺中盛滿水，用溫度計(jì)測(cè)出水的初溫t₁．
c．測(cè)量時(shí)間的工具是秒表，因此關(guān)閉家中其它用電器，將此水壺單獨(dú)接入電路中，用秒表計(jì)時(shí)，記錄用時(shí)t（s）和水的末溫t（℃）．
d．由ρ=$\frac{m}{V}$得，
水的質(zhì)量m=ρV₀，
水吸收的熱量（有用）為：
Q=cm（t₂-t₁）=cρV₀（t₂-t₁）．
由P=$\frac{W}{t}$得，
消耗的總電能（總能量）為：
W=P₀t．
電水壺?zé)�水過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化效率：
η=$\frac{Q}{W}$=$\frac{cρ{V}_{0}（{t}_{2}-{t}_{1}）}{{P}_{0}t}$．
（2）由η=$\frac{Q}{W}$=$\frac{cρ{V}_{0}（{t}_{2}-{t}_{1}）}{{P}_{0}t}$可知，能量轉(zhuǎn)化效率影響因素：①水的體積（質(zhì)量）；②水的溫度差；③加熱時(shí)間；④電水壺的電功率．
故答案為：（1）溫度計(jì)；秒表；cρv₀（t₂-t₁）；P₀t；$\frac{cρ{V}_{0}（{t}_{2}-{t}_{1}）}{{P}_{0}t}$；
（2）①水的體積（質(zhì)量）；②水的溫度差；③加熱時(shí)間；④電水壺的功率．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道電學(xué)和熱學(xué)的綜合計(jì)算題，考查了質(zhì)量、熱量、電功和效率的計(jì)算，與生活相連，使學(xué)生覺(jué)得學(xué)了物理有用，同學(xué)們一定要掌握能量轉(zhuǎn)化效率的實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)．