Question

【題目】我國的茶文化具有悠久的歷史，茶具也是異彩紛呈，如圖所示就是古茶壺的一種。如果該茶壺的質量是4kg，底面積為800cm2，裝入8kg的水后，水面距離茶壺底面9cm，試完成下列問題。（p水=1×103kg/m3，g=10N/kg，水的比熱容：4.2×103J/(kg℃)）

(1)茶壺的把手做的較為粗大，目的是_________________________________；茶壺的設計應用到的物理知識還有：__________________________；(寫出一條即可)

(2)茶壺對桌面的壓強是多大?茶壺中的水對茶壺底面的壓力多大__________?

(3)若用電熱器把8kg的水從20℃加熱至100℃，至少需要消耗多少電能_________?

Answer 1

【答案】 增大受力面積減小壓強 連通器 72N 見解析所示

【解析】（1）茶壺的把手做的較為粗大，目的是通過增大受力面積來減小壓強；在茶壺的設計中，壺嘴和壺身下部連通、上端開口，即利用了連通器的知識；

（2）根據題意知道，茶壺對桌面的壓力是：F壺=G壺+G水=4kg×10N/kg+8kg×10N/kg=120N

壺的底面積是：S=800cm2 =0.08m2 ，

所以，由p=F/S可知，茶壺對桌面的壓強是：P壺= F壺/S=120N/0.08m2=1500pa，

根據題意知道水深是：h=9cm=0.09m，

所以，水對茶壺底的壓強是：p=ρ茶水gh=1.0×103 kg/m3 ×10N/kg×0.09m=900Pa；

水對茶壺底的壓力是：F=p茶水 S=900Pa×0.08m2 =72N。

（3）水吸收的熱量是：Q吸=cm△t=4.2×103 J/（kg℃）×8kg×（100℃-20℃）=2.688×106 J；

當Q吸=Q放時，消耗電能最少，所以至少需要消耗電能2.688×106 J。