Question

17．无水箱式电热水器具有体积小、加热快的优点，图甲是它的工作原理图．

（1）温控器：水温传感器测量到出水温度并将信息传给微电脑芯片，微电脑芯片将测量到的水温和预先设定的温度进行比较，然后即时控制温控器内的两个开关的状态，从而让喷头喷出预先设定温度的热水．请在图乙虚线框中补齐温控器内的两个开关．
（2）水压控制开关：当热水器内没有水或水压过低时，图丙所示的水压控制开关能确保电热水器停止工作．图中顶杆必须具有很好的绝缘性才能防止漏电．
（3）家庭电路中该电热水器在正常电压下工作，当喷头喷出水的流量为4.5L/min时，5℃的冷水经过加热后温度最高可达38℃，已知通过电热水器的电流为52.5A，则该电热水器的加热效率多少？

Answer 1

分析 （1）由甲图可知，温控器控制两个电热丝的通断，微电脑芯片通过比较测量到的水温和预先设定的温度确定两电热丝的工作，当水温较低时两个电热丝均工作，
水温较高时让其中的一个电热丝工作即可，水温高时两电热丝均不工作，据此可知两开关并联；
（2）由图丙可知，顶杆与弹性金属薄片和开关接触，为防止漏电应具有很好的绝缘性；
（3）设加热时间为1min，根据水的流量可知加热水的体积，根据m=ρV求出加热水的质量，
利用Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的热量，利用W=UIt求出消耗的电能，再根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出加热效率．

解答 解：（1）经分析可知，两电热丝可以独立工作，且各有一个开关控制，故温控器内的两个开关，如下图方式连接：

（2）为防止漏电，水压控制开关的顶杆必须具有很好的绝缘性．
（3）设加热时间t=1min，则加热水的体积V=4.5L=4.5dm³=4.5×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得加热水的质量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×4.5×10^-3m³=4.5kg，
水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×4.5kg×（38℃-5℃）=6.237×10⁵J，
消耗的电能：
W=UIt=220V×52.5A×60s=6.93×10⁵J，
则加热效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=×$\frac{6.237×1{0}^{5}J}{6.93×1{0}^{5}J}$×100%=90%．
答：（1）如上图所示；
（2）绝缘；
（3）该电热水器的加热效率为90%．

点评 本题考查了开关电路图的设计、顶杆性质的判断和电功与热量的综合计算，虽综合性较强，但难度不大，明白无水箱式电热水器的工作原理和特点是解题的关键，要注意联系电学知识解决生活中的应用．