Question

19．由于化石能源長期大規模開采，不久的將來會消耗殆盡，所以開發新能源、更好的利用已知能源，是全球范圍內的重要課題．人們根據生活需要制成了一種新型太陽能熱水器，晴天可利用太陽能集熱，陰雨天可用電輔助加熱．小榮家新安裝了一臺這種熱水器，銘牌如下圖．
請解答下列問題：
（1）太陽能熱水器貯滿水，水溫從20°C升高到50°C時，需要吸收多少熱量？
（2）用電加熱時，熱水器正常工作的電流為多少？（結果保留1位小數）
（3）貯滿水的熱水器，陰雨天時，也要使水溫從20°C升高到50°C，其中50%的熱量由電能輔助提供．若不計熱量損失，熱水器正常工作需要加熱多長時間？

額定電壓220V	容積100L
額定功率2000W	頻率50Hz

Answer 1

分析 （1）先利用密度公式求出水的質量，又知道水的初溫和末溫、水的比熱容，利用吸熱公式求出水吸收的熱量；
（2）根據P=UI的變形公式I=$\frac{P}{U}$求出熱水器正常工作的電流；
（3）根據題意求出由電來輔助提供的熱量，又知道電功率的大小，利用P=$\frac{W}{t}$的變形公式求出熱水器正常工作需要加熱時間．

解答 解：（1）水的體積V=100L=100dm³=0.1m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，水的質量：
m=ρV=1.0×103kg/m³×0.1m³=100kg
水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）
=4.2×10³J/（㎏•℃）×100㎏×（50℃-20℃）
=1.26×10⁷J；
（2）由P=UI得，熱水器正常工作的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2000W}{220V}$≈9.1A，
（3）由題意知，提供的熱量消耗的電能：
W=Q_吸×50%=1.26×10⁷J×50%=6.3×10⁶J，
由P=$\frac{W}{t}$得，熱水器正常工作需需要的加熱時間：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{6.3×1{0}^{6}J}{2000W}$=3150s．
答：（1）太陽能熱水器貯滿水，水溫從20°C升高到50°C時，需要吸收1.26×10⁷J熱量；
（2）用電加熱時，熱水器正常工作的電流為9.1A；
（3）若不計熱量損失，熱水器正常工作需要加熱時間為3150s．

點評 本題是一道電學與熱學的綜合應用題，與實際生活相聯系，使學生覺得學了物理有用，從銘牌表上得到相關信息是本題的關鍵，注意100L≠100kg，必須利用密度公式計算．