Question

12．小明家新安装了一台储水式热水，该热水器原理如甲所示．水是通过发热器加热的．水温通过温控开关控制．一般最高水温设定为75℃，当水温达到75℃后．温控开关自动切断电源，停止加热；当水温下降到30℃时，温控开关自动接通电源，开始加热，这样循环进行．热水器工作时，指示灯消耗的电能很少，可以忽略不计．

（1）如图乙是该热水器的水箱结构图，其容积为55L．其中A管口（选填“A管口”或“B管口”）是出水口，理由是由于进水口大大低于出水口，在放水时，就不能把水放完，可以使加热时的温度不会升高的太高，也就不会损坏发热体．
（2）加热指示灯从亮到灭的过程中，热水器中的水一共吸收多少热量？[ρ_水=1.0×10³kg/m³，C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（3）该热水器的额定功率为2200 W，热水器正常工作时通过发热器的电流多大？此时它的电阻多大？
（4）小明想测量这台热水器的加热效率，他还需要测量什么物理量？写出用所测物理量表示的效率表达式．（不考虑电阻随温度变化）

Answer 1

分析 （1）进水口大大低于出水口，说明不会把水放完，可防止没有水而发热体工作损坏发热体．
（2）先利用m=ρV计算水的质量，再根据Q_吸=c_水m（t-t₀）求出吸收的热量．
（3）由电功率的变形公式即可求出热水器的电流，由欧姆定律求得它的电阻．
（4）热水器的效率等于水吸收的热量与消耗的电能之比，热量已知，需要知道消耗的电能，已知热水器的额定功率，要知道消耗的电能多少，由公式W=Pt知：还需要知道加热的时间．

解答 解：（1）进水口应大大低于出水口，在放水时，就不能把水放完，可以使加热时的温度不会升高的太高，也就不会损坏发热体．
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$得：水的质量m=ρV=1.0×10³kg/m³×55×10^-3m³=55kg，
水吸收的热量：
Q_吸=c_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×55kg×（75℃-30℃）=1.0395×10⁷J；
（3）由P=UI得热水器正常工作时通过发热器的电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2200W}{220V}$=10A，
由欧姆定律得：发热器电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{220V}{10A}$=22Ω．
（4）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$=$\frac{{Q}_{吸}}{Pt}$可知：要测量这台热水器的加热效率，还需要测量加热时间t；
答：（1）A管口；由于进水口大大低于出水口，在放水时，就不能把水放完，可以使加热时的温度不会升高的太高，也就不会损坏发热体．
（2）加热指示灯从亮到灭的过程中，热水器中的水一共吸收1.0395×10⁷J的热量；
（3）该热水器的额定功率为2200 W，热水器正常工作时通过发热器的电流为10A；此时它的电阻为22Ω；
（4）小明想测量这台热水器的加热效率，他还需要测量加热时间t，效率表达式η=$\frac{{Q}_{吸}}{Pt}$．

点评 此题考查了与热水器有关的电流的计算、热量的计算及安全用电包含的物理道理，是一道电、热、力学的综合题，需要熟练掌握物理规律或公式，根据需要对公式作出正确的选择，对现象应用相应规律作出合理的解答．