5.電熱水器在家庭中普遍使用,現(xiàn)有一海爾電熱水器,銘牌上如表:
海爾牌電熱水器
額定電壓/V220
額定電功率/W4000
容積/dm360
商品特征:安全防電墻、防水、防塵、防潮
(1)注滿水的電熱器連續(xù)加熱,使熱水器上的溫度示數(shù)由22℃上升到46℃.該電熱器最多可裝水的質(zhì)量為60kg.
(2)電熱器正常工作時(shí)電阻為12.1Ω.
(3)有一次,該熱水器的加熱器在10min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為2.4×106J,通過電熱水器的電流為18.2A和它工作的實(shí)際電壓為220V;
(4)防電墻技術(shù)就是在電熱水器內(nèi)部形成永久性較大電阻.電熱水器經(jīng)防電墻處理后,當(dāng)人體接觸電熱水器時(shí),加在人體上的電壓不高于12V,從而保證異常漏電情況下接觸熱水器的人的安全.若人體的最大電阻為20MΩ,試求防電墻的電阻.

分析 (1)根據(jù)密度公式求出水箱中水的質(zhì)量;
(2)根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電熱水器的電阻;
(3)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;
(4)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.

解答 解:(1)根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可得,水箱中水的質(zhì)量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×60×10-3m3=60kg,
(2)根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得,電熱水器的電阻:
R=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{(220V)^{2}}{4000W}$=12.1Ω,
(3)加熱時(shí)間t=10min=600s,產(chǎn)生的熱量為Q=2.4×106J,
根據(jù)Q=I2Rt可得,通過熱水器的電流:
I=$\sqrt{\frac{Q}{Rt}}$=$\sqrt{\frac{2.4×{10}^{6}J}{12.1Ω×600s}}$=$18\frac{2}{11}$A≈18.2A,
根據(jù)歐姆定律可得,工作的實(shí)際電壓:
U=IR═$18\frac{2}{11}$A×12.1Ω=220V;
(4)在異常漏電的情況下,人體與防電墻串聯(lián),
由于加在人體上的電壓不高于12V,人體的最大電阻為20MΩ,
則通過人體的最大電流為I=$\frac{{U}_{人}}{{R}_{人}}$=$\frac{12V}{20×1{0}^{6}Ω}$=6×10-7A,
由于串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,
所以防電墻的電壓:
U=U-U=220V-12V=208V,
因?yàn)榇?lián)電路中各處的電流相等,
根據(jù)歐姆定律得:R=$\frac{{U}_{墻}}{I}$=$\frac{208V}{6×1{0}^{-7}A}$≈3.5×108=350MΩ.
故答案為:(1)60kg;(2)12.1Ω;(3)18.2A;220V;(4)防電墻的電阻為350MΩ.

點(diǎn)評(píng) 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.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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