Question

隨著生活水平的不斷提高，家用電器的逐漸普及，電熱壺（如圖）已進入千家萬戶．為什么當今家庭使用電熱壺的數(shù)量會越來越多呢？帶著這個問題，某課外興趣小組利用節(jié)假日進行了家庭調(diào)查．以下是兩位同學(xué)的調(diào)查結(jié)果．
調(diào)查日期：2007年5月5日

家庭人口情況	3人	家庭中每天所需要的開水數(shù)量（以熱水瓶為單位	5瓶（2L/瓶）
獲得開水的渠道		1．電熱壺（√） 2．燃氣燒開水 3．其他
當?shù)啬茉磧r格		電價：0.50元/kW?h	燃氣：4.50元/m3
使用電熱壺燒開水的調(diào)查情況
電熱壺的規(guī)格	額定電壓 220V 額定功率 1000W		燒一壺開水所用的時間為17.5min
	容量 3L

調(diào)查日期：2007年5月6日

家庭人口情況	4人	家庭中每天所需要的開水數(shù)量（以熱水瓶為單位	5瓶（2L/瓶）
獲得開水的渠道		1．電熱壺 2．燃氣燒開水（√） 3．其他
當?shù)啬茉磧r格		電價：0.50元/kW?h	燃氣：4.50元/m3
使用燃氣燒開水的調(diào)查情況
水壺的容量3L	燒一壺開水所用的燃氣量0.04m3

（1）從理論上計算，小明家用電熱壺燒開一壺水需要多長時間（設(shè)水的初溫為20℃）．與實際有無差別，簡要說明原因．
（2）分析調(diào)查結(jié)果，并結(jié)合實際說明使用那種方法燒水更好一些．
（3）電熱壺在設(shè)計構(gòu)造中運用了許許多多的物理知識．請你舉出兩點，并說明這樣設(shè)計的好處．

Answer 1

解：（1）一壺水的體積：
v=3L=3×10^-3m³，
一壺水的質(zhì)量：
m=ρv=1×10³kg/m³×3×10^-3m³=3kg，
燒開一壺水所吸收的熱量：
Q_吸=cm△t
=4.2×10³J/（kg?℃）×3kg×（100℃-20℃）
=1.008×10⁶J
∵W=Q=Pt
∴加熱時間：
t===1008s=16.8min＜17.5min
原因：電流做功消耗的電能不能全部被水吸收，有一部分被壺吸收、有一部分熱散失到空氣中；
（2）用電熱壺燒開一壺水消耗的電能：
W=Pt=1kW×17.5×h≈0.3kW?h，
所用的資金：
0.50元×0.3=0.15元，
用燃氣燒開一壺水所用的資金：
4.50元×0.04=0.18元，
由此可見，用電熱壺燒開一壺水比用燃氣燒開一壺水經(jīng)濟，同時用電熱壺更環(huán)保；
（3）手柄寬而扁而且有花紋，好處：增大受力面積減小對手的壓強、增大接觸面得粗糙程度增大摩擦；用三腳插頭和三孔插座，使電熱壺的外殼接地，防止壺身漏電時造成觸電事故．
答：（1）從理論上計算，小明家用電熱壺燒開一壺水需要16.8min，與實際有差別，原因是電流做功消耗的電能不能全部被水吸收，有一部分被壺吸收、有一部分熱散失到空氣中；
（2）用電熱壺燒開一壺水比用燃氣燒開一壺水經(jīng)濟，同時用電熱壺更環(huán)保；
（3）手柄寬而扁而且有花紋，好處：增大受力面積減小對手的壓強、增大接觸面得粗糙程度增大摩擦；用三腳插頭和三孔插座，使電熱壺的外殼接地，防止壺身漏電時造成觸電事故．
分析：（1）知道水壺的容積，利用密度公式求水的質(zhì)量，又知道水的初溫和末溫，利用吸熱公式求水吸收的熱量；根據(jù)W=Q=Pt求加熱時間；和調(diào)查時間比較，并分析有差別的原因（有熱損失）．
（2）通過調(diào)查數(shù)據(jù)計算用電熱壺加熱一壺水消耗的電能、需要的費用（資金），用燃燒煤氣加熱需要的資金，進行比較，得出哪一種更經(jīng)濟，并從環(huán)保方面分析．
（3）從連通器、壺蓋有小孔、手柄用塑料做成、手柄寬而扁而且有花紋、用三孔插座等方面分析所用的物理知識和設(shè)計的好處．
點評：本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，利用好W=Q=Pt是本題的關(guān)鍵，本題涉及到對調(diào)查數(shù)據(jù)的處理，屬于難題！