小芳和媽媽一起去商場購買電熱水器,售貨員向她們推薦一種“速熱變容式”熱水器.這種電熱水器有兩種加熱模式:當少量用水時,使甩“半膽加熱”模式,只用上面的加熱棒加熱上半膽水;而當需要的熱水量較大時,熱水器便啟動“整膽加熱”模式,使用上、下兩根加熱棒同時加熱.下表為該熱水器的銘牌,請根據有關數據作答.
商品名稱 | 額定壓強 | 加熱功率 | 配送質量 | 容量 | 最高加熱 溫度 | 效率 |
××加熱器 | 0.8Mpa | 半膽1000W 整膽2000W | 30kg | 半膽40L 整膽80L | 80℃ | 80% |
(2)使用電熱水器“整膽加熱”模式時,若使水溫從20℃升高到60℃,水需要吸收多少熱量?電熱水器需要加熱多長時間?[c水=4.2×103J/(kg?℃),ρ水=1.0×103kg/m3]
解:(1)由公式可知,當電熱器兩端的電壓和通電時間一定時,要產生較多的熱量,需要使電路的電阻較小,所以必須使兩根加熱棒并聯;
(2)水的質量:
m=ρV=1.0×103kg/m3×80×10-3m3=80kg,
水吸收的熱量:
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg?℃)×80kg×(60℃-20℃)=1.344×107J;
∵η=,
∴,
電熱水器需要加熱時間:
=140min.
答:(1)使用“整膽加熱”模式時,兩根電加熱棒的電路連接方式是并聯;
(2)使用電熱水器“整膽加熱”模式時,若使水溫從20℃升高到60℃,水需要吸收1.344×107J的熱量;
電熱水器需要加熱140min.
(1)由題知,需要的熱水量較大時,熱水器便啟動“整膽加熱”模式,使用上、下兩根加熱棒同時加熱,利用公式分析連接方式.
(2)知道整膽的容積,利用密度公式可以求水的質量,又知道水的密度、水的溫度變化值,利用吸熱公式求水吸收的熱量;知道了水吸收的熱量和電熱水器的效率可以計算電流做功,再根據電功率公式求工作時間.
點評:本題是一道電學與熱學的綜合應用題,與生活相聯系,使學生覺得學了物理有用,涉及到了電阻連接方式的判斷、吸收熱量的計算、電功的計算,綜合性強,屬于難題.