Question

12．如图是格力空气能热水器，空气能热泵热水器（空气源热泵热水器）中的热泵能把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，对水进行加热．其基本工作原理是：空气能热水器在工作时，吸收空气中的能量为Q₁，消耗的电能为Q₂，通过热交换最终使热水吸收的能量为Q₃（Q₃=Q_吸），即Q₃=Q₁+Q₂，所以它的加热效率（Q₃/Q₂的比值）可以达到300%-500%．
（1）小明家原来使用的是“220V  1500W”的普通电热水器，该电热水器的加热效率为70%，现在要利用该电热水器将100kg的水从15℃加热到65℃，求此过程中该电热水器消耗的电能？
（2）当小明家该电热水器正常工作时，家庭电路干路中增加的电流为多少？（小数点后保留一位）
（3）现在，小明家购买了电功率同为1500W的空气能热水器，小明发现同样将100kg的水从15℃加热到65℃，该空气能热水器工作的时间为4×10³s，请计算该空气能热水器的加热效率？
（4）根据以上计算说明，空气能热水器与电热水器相比，有哪些优点？（说出一点即可）

Answer 1

分析 （1）知道水的质量、初温、末温和比热，根据公式Q=cm（t-t₀）求出水吸收的热量；
（2）根据 I=$\frac{P}{U}$求家庭电路干路中增加的电流
（3）根据W=Pt求出空气能热水器工作4×10³s消耗的电能；根据（1）水吸收的热量，求出加热的效率；
（4）空气能热水器的优点要从节能、环保等方面去考虑．

解答 解：（1）水吸收的热量Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（65℃-15℃）=2.1×10⁷J；
根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$，此过程中该电热水器消耗的电能W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{0.7}$=3×10⁷J
（2）小明家该电热水器正常工作时，增加的电功率P=1500W，家庭电路干路中增加的电流为
I=$\frac{P}{U}=\frac{1500W}{220V}$=6.8A；
（3）空气能热水器工作4×10³s消耗的电能Q₂=W₁=Pt₁=1500W×4×10³s=6×10⁶J，同样将100kg的水从15℃加热到65℃吸收的热量Q₃=Q_吸=2.1×10⁷J，该空气能热水器的加热效率η′=$\frac{{Q}_{3}}{{Q}_{2}}=\frac{2.1×1{0}^{7}J}{6×1{0}^{6}J}$=350%．
（4）空气能热水器的优点：安全、节能、无污染等．
答：（1）此过程中该电热水器消耗的电能为2.1×10⁷J；
（2）当小明家该电热水器正常工作时，家庭电路干路中增加的电流为6.8A；
（3）该空气能热水器的加热效率350%；
（4）空气能热水器与电热水器相比，优点是：低碳环保、节约能源或能源利用率高等（合理即可）．

点评 本题将新的科学技术与物理知识紧密结合，应用电功、电功率、能量利用率、Q=cm△t等知识实际问题，体现了从物理走向社会的课改理念，正确从题干中获取有效的信息是解题 的关键．