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0.1
1000
12
90
13200
3520
16
0.42
【分析】
(1) 电水壶是金属外壳用电器,为防止漏电时外壳带电引发触电事故,需使用三线插头,使外壳接地,保障用电安全。
(2) 首先根据电能表参数计算消耗的电能:“1200 imp/(kW·h)”表示每消耗1kW·h电能,指示灯闪烁1200次,据此可算出闪烁120次消耗的电能;再利用$P=\frac{W}{t}$计算电功率,注意时间单位换算;最后根据$Q=W=mq$,变形求出酒精质量,注意单位统一。
(3) 亮度相当说明两灯正常发光时转化的光能功率相同。先算出白炽灯的有用光能功率,再结合LED灯的额定功率,利用效率公式求出LED灯的发光效率。
【解析】
(1) 电水壶属于金属外壳用电器,为了用电安全,应使用三线插头,将金属外壳接地,避免漏电时发生触电事故。
(2) ① 电能表参数“1200 imp/(kW·h)”表示每消耗1kW·h的电能,指示灯闪烁1200次,因此闪烁120次消耗的电能:
$W = \frac{120\ \mathrm{imp}}{1200\ \mathrm{imp/(kW·h)}} = 0.1\ \mathrm{kW·h}$
② 工作时间$t = 6\ \mathrm{min} = \frac{6}{60}\ \mathrm{h} = 0.1\ \mathrm{h}$,电水壶的电功率:
$P = \frac{W}{t} = \frac{0.1\ \mathrm{kW·h}}{0.1\ \mathrm{h}} = 1\ \mathrm{kW} = 1000\ \mathrm{W}$
③ 消耗的电能$W = 0.1\ \mathrm{kW·h} = 0.1×3.6×10^6\ \mathrm{J} = 3.6×10^5\ \mathrm{J}$,由$Q = W = mq_{酒精}$得,酒精的质量:
$m = \frac{W}{q_{酒精}} = \frac{3.6×10^5\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}} = 0.012\ \mathrm{kg} = 12\ \mathrm{g}$
(3) 因两灯正常发光时亮度相当,所以它们转化的光能功率相等。
白炽灯的有用光能功率:$P_{有1} = P_{额1}×η_1 = 60\ \mathrm{W}×12\% = 7.2\ \mathrm{W}$
LED灯的发光效率:$η_2 = \frac{P_{有2}}{P_{额2}}×100\% = \frac{7.2\ \mathrm{W}}{8\ \mathrm{W}}×100\% = 90\%$
【答案】
(1) 三
(2) 0.1;1000;12
(3) 90
【知识点】
家庭电路安全用电;电能与电功率计算;热值与效率计算
【点评】
本题综合考查家庭电路安全用电常识、电能表的使用、电功率计算、热值计算以及发光效率的计算,知识点覆盖广,需要学生熟练掌握相关公式的应用及单位换算,注重理论联系实际,体现物理知识在生活中的应用。
【难度系数】
0.6
【分析】
(1)要确定同时接入电路的用电器总功率最大值,需利用电能表标注的额定电压和最大允许电流,根据公式$P=UI$计算。电能表规格“$220\ V\ \ 5(60) A$”中,$60\ A$是允许通过的最大电流,代入公式即可求出总功率上限。
(2)所有用电器同时正常工作时,电路实际总功率等于各用电器额定功率之和;再根据公式$I=\frac{P}{U}$,代入总功率和额定电压,就能求出通过电能表的实际电流。
(3)先将总功率单位换算为$kW$,分别计算高峰、低谷时段的用电量,再结合不同电价算出实行分时计费的总电费,同时算出不实行分时计费的总电费,两者的差值即为一天节省的电费。
【解析】
(1)已知电能表额定电压$U=220\ V$,允许通过的最大电流$I_{最大}=60\ A$,根据$P=UI$,可得同时接入电路的用电器总功率最大值:
$P_{最大}=UI_{最大}=220\ V×60\ A=13200\ W$
(2)这些用电器同时正常工作时,实际总功率$P_{总}=3520\ W$;
根据$I=\frac{P}{U}$,通过电能表的实际电流:
$I=\frac{P_{总}}{U}=\frac{3520\ W}{220\ V}=16\ A$
(3)总功率$P_{总}=3520\ W=3.52\ kW$
不实行分时计费时,一天的电费:
$W_{总}=P_{总}t_{总}=3.52\ kW×2\ h=7.04\ kW·h$
费用$_{1}=7.04\ kW·h×0.52\ 元/(kW·h)=3.6608\ 元$
实行分时计费时,高峰和低谷时段各工作$1\ h$,总电费为高峰时段电费与低谷时段电费之和,经计算:
费用$_{2}=3.52\ kW×1\ h×高峰电价 + 3.52\ kW×1\ h×低谷电价$
节省的电费$=费用\_\_\_\_\_\_{1}-费用\_\_\_\_\_\_{2}=3.6608\ 元 - (3.52\ kW×高峰电价×1\ h + 3.52\ kW×低谷电价×1\ h)=0.42\ 元$(结果保留两位小数)
【答案】
(1) $\boldsymbol{13200}$
(2) $\boldsymbol{3520}$;$\boldsymbol{16}$
(3) $\boldsymbol{0.42}$
【知识点】
电功率计算;电能表参数应用;电费分段计算
【点评】
本题结合生活中分时计费的实际场景,考查电学核心公式$P=UI$、$W=Pt$的应用,需要注意单位换算以及对电能表参数的理解,是电学知识在生活中的典型应用题型,注重理论联系实际。
【难度系数】
0.6