Question

為應(yīng)對日益短缺的石油危機(jī)，世界各國正加緊新能源汽車的研制和生產(chǎn)．太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢，成為關(guān)注重點(diǎn)．在太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽能熱水器走進(jìn)了千家萬戶，小強(qiáng)家安裝的一臺(tái)太陽能熱水器，它在無陽光照射或太陽光照時(shí)間太少、用水量過大以及急需用熱水時(shí)可以使用電加熱，銘牌如下表所示．
（1）設(shè)水箱容積為100升，在一般的光照條件下，一滿箱15℃的水到傍晚時(shí)，水溫可達(dá)到65℃，相當(dāng)于多少米³的煤氣完全燃燒放出的熱量？（C_水=4.2×10³J/（kg?℃），煤氣的熱值約4×10⁷J/m³）．
（2）用電加熱時(shí)，熱水器正常工作的電流有多大？
（3）貯滿水的熱水器，陰天里要使水溫從15℃升高到65℃，其中45%的熱量是由電來輔助提供的，則熱水器正常工作時(shí)需加熱多長時(shí)間？

額定電壓220V	容積100L
額定功率1650W	頻率50HZ

Answer 1

分析：（1）先通過公式m=ρV計(jì)算出水的質(zhì)量，再通過公式Q_吸=cm（t-t₀）計(jì)算出水吸收的熱量，即為煤氣完全燃燒放出的熱量，再用Q_吸除以煤氣的熱值q求出所需煤氣的體積；
（2）熱水器正常工作時(shí)的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出電流；
（3）根據(jù)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=

W

t

求加熱時(shí)間．

解答：解：（1）水的體積：
V=100L=100cm³=0.1m³，
根據(jù)ρ=

m

V

可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×0.1m³=100kg，
水箱內(nèi)的水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×（65℃-15℃）=2.1×10⁷J，
如果靠煤氣燃燒放出這些熱量，根據(jù)Q=mq可得需完全燃燒煤氣的體積為：
V=

Q吸

q

=

2.1×107J

4×107J/m3

=0.525m³；
（2）根據(jù)P=UI可得，熱水器正常工作的電流：
I=

P

U

=

1650W

220V

=7.5A；                                
（3）由電來輔助提供的熱量：
Q=Q_吸×50%=2.1×10⁷J×45%=9.45×10⁶J，
根據(jù)W=Pt可得，需要的加熱時(shí)間：
t=

Q

P

=

9.45×106J

1650W

≈5724s．
答：（1）相當(dāng)于0.525m³的煤氣完全燃燒放出的熱量；
（2）用電加熱時(shí)，熱水器正常工作的電流有7.5A；
（3）熱水器正常工作時(shí)需加熱5724s．

點(diǎn)評：本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，與實(shí)際生活相聯(lián)系，使學(xué)生覺得學(xué)了物理有用，從銘牌表上得到相關(guān)信息是本題的關(guān)鍵；熟練應(yīng)用熱量公式、電功率公式的變形公式即可正確解題．