Question

在“家电下乡”现场，小聪看到某品牌的电热水器和燃气式快速热水器，铭牌如下：

名称	预热式电热水器		名称	燃气快速热水器
额定电压	200V		使用燃气	液化石油气
额定功率	1500W		额定热水产率	7L．min（温升30℃）
额定容量	60L		热负荷	50MJ/h
额定压强	0.7Mpa		适用水压	0.02Mpa～1MPa

（1）一般情况下，热水淋浴要求水温升高30℃，则该燃气快速热水器（如图）正常工作时，每分钟流出热水

 

L．电热水器装满水后，要使水温升高30．C，需提供

 

J的热量[c_水=4.2×10³/（㎏?℃）]．要获得这么多热量，电热水器需正常工作的时间为

 

S（假设电热水器产生的热量全部被水吸收）．
（2）通过售货员对两类热水器工作原理的介绍，小聪 明白了预热式电热水器需预先给水加热，不能即开即用，原因是：

 

．
（3）为了探究电热水器满足即开即用热水淋浴的条件，除热水器及附属的花洒喷头外．小聪找来了秒表、带刻度的大量筒、水桶、温度计、台秤（又叫磅秤）等器材．请你选择合适的器材，为小聪设计一个探究方案．要求写出所选的器材、方法，用测量的物理量及相关常量表示得出的结论．探究方案：

 

．

Answer 1

分析：（1）从铭牌中找出燃气快速热水器正常工作时，每分钟流出热水的体积；
知道电热水器的容积（装满水后水的体积），利用密度公式求水的质量，再利用吸热公式求水吸收的热量；
若电热水器产生的热量全部被水吸收，即Q_吸=W=Pt，知道电热水器的电功率P，据此求电热水器工作时间；
（2）预热式电热水器不能即开即用，需预先给水加热，是因为电热水器的电功率太小，在短时间产生的热量少，不能使水的温度在短时间之内升高30℃；
（3）要电热水器即开即用，要满足的条件：Q_放=W=Pt≥Q_吸=c_水m△t，实验方案：打开喷头向水桶喷，用秒表计时开始，一段时间后，喷头移出水桶，停止计时，用磅秤称出水桶中水的质量m，从秒表读出时间t．

解答：解：（1）由铭牌的额定热水产率可知，燃气快速热水器正常工作时，每分钟流出热水7L，
电热水器装满水后水的体积：
v=60L=60×10^-3m³，
电热水器装满水后水的质量：
m=ρv=1×10³kg/m³×60×10^-3m³=60kg，
电热水器内水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×60kg×30℃=7.56×10⁶J，
若电热水器产生的热量全部被水吸收，即Q_吸=W，
∵P=

W

t

，电热水器正常工作，P=P_额=1500W，
∴电热水器工作时间：
t=

W

P

=

7.56×106J

1500W

=5040s．
（2）因为电热水器的电功率太小，在短时间产生的热量少；
（3）探究方案：打开喷头向水桶喷，用秒表计时开始，一段时间后，喷头移出水桶，停止计时，用磅秤称出水桶中水的质量m，从秒表读出时间t；已知水的比热容和水温度的升高值（△t=30℃），要电热水器即开即用，要满足的条件：Q_放=W=Pt≥Q_吸=c_水m△t，即：P≥

c水m×30℃

t

．
故答案为：（1）7，7.56×10⁶，5040；
（2）电热水器的额定功率小；
（3）打开喷头向水桶喷，用秒表计时开始，一段时间后，喷头移出水桶，停止计时，用磅秤称出水桶中水的质量m，从秒表读出时间t；已知水的比热容和水温度的升高值（△t=30℃），要电热水器即开即用，要满足的条件：Q_放=W=Pt≥Q_吸=c_水m△t，即：P≥

c水m×30℃

t

．

点评：本题考查了学生对密度公式、吸热公式、电功率公式的掌握和运用，是一道电学与热学的综合应用题，涉及到设计实验方案，属于难题．