Question

電熱器是現在家庭中常用的家用電器．小明家新買了一臺熱水器，熱水器上有這樣的銘牌，同時他們還在說明書上找到了該電熱水器的結構示意圖．

額定電壓	額定功率	頻率	凈重	防觸電保護	容積
220V	2000W	50Hz	22kg	I級	20L

小明準備同爸爸一起安裝熱水器．請你回答下列問題：
（1）他們應當選用圖中的______號插座為熱水器插座，因為這種插座______．

（2）從結構示意圖上可以看出進水口大大低于出水口，這樣設計的理由是什么？

（3）小明家客廳中安裝的是一盞“220V 60W”的白熾燈，如果只有這盞燈和電熱器連入電路，當他們正常工作時，電路中的電流和電阻有多大？
（4）電熱水器中裝滿水時，電阻絲產生的熱量只有80%被水吸收，那么將熱水器中的水從20℃加熱到80℃需要通電多長時間？
（5）媽媽認為客廳中使用40W的燈泡亮度就足夠了．但是家中有2個燈泡，標簽都模糊不清了，媽媽只記得一只是100W的．一只是40W的，不將燈泡連入電路，你有辦法分辨出兩只燈泡嗎？說明你的方法和理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）熱水器的外殼是金屬外殼，為了防止觸電，要通過三孔插座接地線．
（2）進水口大大低于出水口，說明不會把水放完，可心防止沒有水而發熱體工作損壞發熱休．
（3）由電功率的變形公式分別出計算燈和熱水器的電流，由并聯電路的特點知干路中的電流等于各支路電流之和．再由歐姆定律求得電路中的總阻值．
（4）先由熱量公式計算出應吸收的熱量，再由效率、功率公式計算所要用的時間．
（5）額定功率不同而額定電壓相等的燈的燈絲的電阻不同，可由燈絲的粗絲識別．
解答：解：（1）由于熱水器是金屬外殼，可通過三孔插座接地線，能夠防止觸電，故要用三孔插座．
（2）進水口大大低于出水口，在放水時，就不能把水放完，可以使加熱時的溫度不會升高的太高，也就不會損壞發熱體．
故答案為：2；能接地線．
（3）燈的電流I₁==≈0.27A，熱水器中的電流I₂==≈9.09A；
由于燈與熱水器是并聯，故燈與熱水器同時工作時，干路中的電流I=I₁+I₂=0.27A+9.09A=9.36A．
干路中的總電阻為：R_總==≈23.5Ω．
答：燈與熱水器同時工作時，電路中的電流為9.36A，電阻為23.5Ω．
（4）熱水器中的水的質量m=ρV=1000kg/m³×0.02m³=20kg，
水吸收的熱量Q=cm△t=4200J/（kg?℃）×20kg×60℃=5040000J，
電流做的功W===6.3×10⁶J．
用的時間t===3150s．
答：所用的加熱時間大約為3150s．
（5）由電功率的推導公式P=知，當額定電壓相等時，額定功率大的燈的電阻小，而在材料、長度相等時，橫截面積大者電阻小，故由燈絲的粗絲識別額定功率的大小，100W的燈絲粗，40W的燈的燈絲細．
點評：本題是一道電流與熱學的綜合應用題，涉及了安全用電的知識，熱量、電功、電功率的計算及影響電阻的因素的分析．