Question

12．小明家新安裝了一臺儲水式熱水，該熱水器原理如甲所示．水是通過發(fā)熱器加熱的．水溫通過溫控開關控制．一般最高水溫設定為75℃，當水溫達到75℃后．溫控開關自動切斷電源，停止加熱；當水溫下降到30℃時，溫控開關自動接通電源，開始加熱，這樣循環(huán)進行．熱水器工作時，指示燈消耗的電能很少，可以忽略不計．

（1）如圖乙是該熱水器的水箱結(jié)構(gòu)圖，其容積為55L．其中A管口（選填“A管口”或“B管口”）是出水口，理由是由于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(fā)熱體．
（2）加熱指示燈從亮到滅的過程中，熱水器中的水一共吸收多少熱量？[ρ_水=1.0×10³kg/m³，C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（3）該熱水器的額定功率為2200 W，熱水器正常工作時通過發(fā)熱器的電流多大？此時它的電阻多大？
（4）小明想測量這臺熱水器的加熱效率，他還需要測量什么物理量？寫出用所測物理量表示的效率表達式．（不考慮電阻隨溫度變化）

Answer 1

分析 （1）進水口大大低于出水口，說明不會把水放完，可防止沒有水而發(fā)熱體工作損壞發(fā)熱體．
（2）先利用m=ρV計算水的質(zhì)量，再根據(jù)Q_吸=c_水m（t-t₀）求出吸收的熱量．
（3）由電功率的變形公式即可求出熱水器的電流，由歐姆定律求得它的電阻．
（4）熱水器的效率等于水吸收的熱量與消耗的電能之比，熱量已知，需要知道消耗的電能，已知熱水器的額定功率，要知道消耗的電能多少，由公式W=Pt知：還需要知道加熱的時間．

解答 解：（1）進水口應大大低于出水口，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(fā)熱體．
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$得：水的質(zhì)量m=ρV=1.0×10³kg/m³×55×10^-3m³=55kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=c_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×55kg×（75℃-30℃）=1.0395×10⁷J；
（3）由P=UI得熱水器正常工作時通過發(fā)熱器的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2200W}{220V}$=10A，
由歐姆定律得：發(fā)熱器電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{220V}{10A}$=22Ω．
（4）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$=$\frac{{Q}_{吸}}{Pt}$可知：要測量這臺熱水器的加熱效率，還需要測量加熱時間t；
答：（1）A管口；由于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(fā)熱體．
（2）加熱指示燈從亮到滅的過程中，熱水器中的水一共吸收1.0395×10⁷J的熱量；
（3）該熱水器的額定功率為2200 W，熱水器正常工作時通過發(fā)熱器的電流為10A；此時它的電阻為22Ω；
（4）小明想測量這臺熱水器的加熱效率，他還需要測量加熱時間t，效率表達式η=$\frac{{Q}_{吸}}{Pt}$．

點評 此題考查了與熱水器有關的電流的計算、熱量的計算及安全用電包含的物理道理，是一道電、熱、力學的綜合題，需要熟練掌握物理規(guī)律或公式，根據(jù)需要對公式作出正確的選擇，對現(xiàn)象應用相應規(guī)律作出合理的解答．