Question

如图是空气能热水器的原理图．给空气能热水器供电，压缩机工作，压缩从蒸发器流出的制热气体，气体温度升高到120℃以上，高温气体流入冷凝器，加热冷凝器内的冷水，冷水温度升高到60℃，流入保温桶，同时流入冷凝器内的高温气体，放出热量液化，再进入蒸发器吸收空气中的热量而汽化．根据以上内容完成以下题目：
（1）冷水流过空气能热水器的冷凝器，水温度升高，这是利用

热传递

方式增加水的内能．从蒸发器流出的制热气体，流经压缩机，气体温度升高，

机械能

能转化为内能．
（2）利用功率为1000W的电热水器，工作70分钟理想情况下能将20kg18℃的水加热到68℃．
①求：电热水器电流做功（W=Pt）和水吸收的热量，从计算的结果你发现了什么规律？
②若用1000W的空气能热水器，加热同样多的水只需工作20分钟，蒸发器从空气中吸收的热量是多少（电流经压缩机做的功W，蒸发器从空气吸收的热量Q₁，冷水从冷凝器吸收的热量Q₂，存在这样的规律：Q₂=W+Q₁，热量损失不计）？
③从空气吸收的热量由完全燃烧焦炭来提供，相当于节约需要多少焦炭？（焦炭的热值为3×10⁷J/kg）

Answer 1

分析：（1）改变内能的方法有：做功和热传递，做功实质是能量的转化、热传递实质是能量的转移；
（2）①根据W=Pt求出电热水器电流做功，再根据Q=cm（t-t₀）求出水吸收的热量，然后比较两者的关系得出规律；
②根据W=Pt求出电热水器电流做功，再根据Q₂=W+Q₁求出蒸发器从空气中吸收的热量；
③根据Q=mq求出从空气吸收的热量由完全燃烧焦炭来提供时的质量．

解答：解：
（1）冷水流过空气能热水器的冷凝器，水温度升高，这是通过热传递的方式增加水的内能；
从蒸发器流出的制热气体，流经压缩机，气体温度升高，是通过做功的方式把机械能转化为内能；
（2）①电热水器电流做功：W=Pt=1000W×70×60s=4.2×10⁶J，
水吸收的热量：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×20kg×（68℃-18℃）=4.2×10⁶J，
发现规律：水吸收的热量等于电流做的功；
②20分钟电流做功：
W′=Pt′=1000W×20×60s=1.2×10⁶J，
∵Q₂=W+Q₁
∴Q₁=4.2×10⁶J-1.2×10⁶J=3×10⁶J；
③根据Q_放=mq得，从空气吸收的热量由完全燃烧焦炭来提供时的质量：
m_焦炭=

Q1

q

=

3×106J

3×107J/kg

=0.1kg．
答：（1）热传递；机械；
（2）①电热水器电流做功和水吸收的热量均为4.2×10⁶J，规律：水吸收的热量等于电流做的功；
②蒸发器从空气中吸收的热量是3×10⁶J；
③从空气吸收的热量由完全燃烧焦炭来提供，相当于节约需要0.1kg焦炭．

点评：本题以空气源热泵热水器为背景，考查了学生对改变物体内能的方法和能量的转化、吸热公式、电功公式的了解与掌握，题干内容较多，仔细阅读，从中得出相关信息并利用好是本题的关键．