某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电…——2024 高考物理第 12 题答案解析

2024_省自主命题(江西)

2024 江西 第 12 题 解答题 区分题
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12. 某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电时,利用自来水自身的电阻,可使漏电电流降至人体安全电流以下.为此,需先测量水的电阻率,再进行合理设计。

(1)如图(a)所示,在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极,将自来水倒入其中,测得水的截面宽 $d = 0 . 0 7 \mathrm { m }$ 和高 $h = 0 . 0 3 \mathrm { m }$


图(a)

(2)现有实验器材:电流表(量程 $3 0 0 \mu \mathrm { A }$ ,内阻 $R _ { \mathrm { A } } = 2 5 0 0 \Omega$ )、电压表(量程3V或15V,内阻未知)、直流电源(3V)、滑动变阻器、开关和导线.请在图(a)中画线完成电路实物连接

(3)连接好电路,测量 $2 6 \mathrm { { ^ \circ C } }$ 的水在不同长度l时的电阻值 $R _ { x }$ 。将水温升到 $6 5 \mathrm { ^ \circ C }$ ,重复测量。绘出 $2 6 \mathrm { { ^ \circ C } }$ 和 $6 5 \mathrm { ‰}$ 水的 $R _ { x } - l$ 图,分别如图(b)中甲、乙所示。


图(b)

(4)若 $R _ { x } - l$ 图线的斜率为k,则水的电阻率表达 $\rho =$ (用k、d、h表示)。实验结果表明,温度 (填“高”或“低”)的水更容易导电。

(5)测出电阻率后,拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变,选用内直径为 $8 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { m }$ 的水管。若人体的安全电流为1 $. 0 \times 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { A }$ ,热水器出水温度最高为 $6 5 \mathrm { ^ \circ C }$ ,忽略其他电阻的影响(相当于热水器220V的工作电压直接加在水管两端),则该水管的长度至少应设计为m。(保留两位有效数字)

参考答案

①. ②. $k d h$ ③. 高 ④. 0.46

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