Question

在“家電下鄉(xiāng)”現(xiàn)場，小聰看到某品牌的電熱水器和燃氣式快速熱水器，銘牌如下：

名稱	預熱式電熱水器		名稱	燃氣快速熱水器
額定電壓	200V		使用燃氣	液化石油氣
額定功率	1500W		額定熱水產率	7L．min（溫升30℃）
額定容量	60L		熱負荷	50MJ/h
額定壓強	0.7Mpa		適用水壓	0.02Mpa～1MPa

（1）一般情況下，熱水淋浴要求水溫升高30℃，則該燃氣快速熱水器（如圖）正常工作時，每分鐘流出熱水

 

L．電熱水器裝滿水后，要使水溫升高30．C，需提供

 

J的熱量[c_水=4.2×10³/（㎏?℃）]．要獲得這么多熱量，電熱水器需正常工作的時間為

 

S（假設電熱水器產生的熱量全部被水吸收）．
（2）通過售貨員對兩類熱水器工作原理的介紹，小聰 明白了預熱式電熱水器需預先給水加熱，不能即開即用，原因是：

 

．
（3）為了探究電熱水器滿足即開即用熱水淋浴的條件，除熱水器及附屬的花灑噴頭外．小聰找來了秒表、帶刻度的大量筒、水桶、溫度計、臺秤（又叫磅秤）等器材．請你選擇合適的器材，為小聰設計一個探究方案．要求寫出所選的器材、方法，用測量的物理量及相關常量表示得出的結論．探究方案：

 

．

Answer 1

分析：（1）從銘牌中找出燃氣快速熱水器正常工作時，每分鐘流出熱水的體積；
知道電熱水器的容積（裝滿水后水的體積），利用密度公式求水的質量，再利用吸熱公式求水吸收的熱量；
若電熱水器產生的熱量全部被水吸收，即Q_吸=W=Pt，知道電熱水器的電功率P，據(jù)此求電熱水器工作時間；
（2）預熱式電熱水器不能即開即用，需預先給水加熱，是因為電熱水器的電功率太小，在短時間產生的熱量少，不能使水的溫度在短時間之內升高30℃；
（3）要電熱水器即開即用，要滿足的條件：Q_放=W=Pt≥Q_吸=c_水m△t，實驗方案：打開噴頭向水桶噴，用秒表計時開始，一段時間后，噴頭移出水桶，停止計時，用磅秤稱出水桶中水的質量m，從秒表讀出時間t．

解答：解：（1）由銘牌的額定熱水產率可知，燃氣快速熱水器正常工作時，每分鐘流出熱水7L，
電熱水器裝滿水后水的體積：
v=60L=60×10^-3m³，
電熱水器裝滿水后水的質量：
m=ρv=1×10³kg/m³×60×10^-3m³=60kg，
電熱水器內水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×60kg×30℃=7.56×10⁶J，
若電熱水器產生的熱量全部被水吸收，即Q_吸=W，
∵P=

W

t

，電熱水器正常工作，P=P_額=1500W，
∴電熱水器工作時間：
t=

W

P

=

7.56×106J

1500W

=5040s．
（2）因為電熱水器的電功率太小，在短時間產生的熱量少；
（3）探究方案：打開噴頭向水桶噴，用秒表計時開始，一段時間后，噴頭移出水桶，停止計時，用磅秤稱出水桶中水的質量m，從秒表讀出時間t；已知水的比熱容和水溫度的升高值（△t=30℃），要電熱水器即開即用，要滿足的條件：Q_放=W=Pt≥Q_吸=c_水m△t，即：P≥

c水m×30℃

t

．
故答案為：（1）7，7.56×10⁶，5040；
（2）電熱水器的額定功率��；
（3）打開噴頭向水桶噴，用秒表計時開始，一段時間后，噴頭移出水桶，停止計時，用磅秤稱出水桶中水的質量m，從秒表讀出時間t；已知水的比熱容和水溫度的升高值（△t=30℃），要電熱水器即開即用，要滿足的條件：Q_放=W=Pt≥Q_吸=c_水m△t，即：P≥

c水m×30℃

t

．

點評：本題考查了學生對密度公式、吸熱公式、電功率公式的掌握和運用，是一道電學與熱學的綜合應用題，涉及到設計實驗方案，屬于難題．