Question

某工厂设计了两种淋浴器，一种是淋浴时电流直接对流动的水加热；另一种则是备有水箱，待水箱中的水加热至合适的温度后再供淋浴，按一般淋浴要求：淋浴器水流量约为10L/min，合适的水温约50℃，用水时间约为5min，加热前的水温按20℃考虑，一般家庭供电电路允许的最大电流为20A．请根据以上情况和要求完成：
（1）按淋浴器用水的流量为10L/min，每分钟用水多少kg？
（2）电加热器的效率为70%，他一次淋浴约消耗多少电能？
（3）通过具体的计算，结合数据分析论证哪一种淋浴器不适合一般家庭选用？

Answer 1

解：（1）淋浴器每分钟用水体积为：V=10L/min×1min=10L=10^-2m³
用水质量为：m=ρV=1×10³kg/m³×10^-2m³=10 kg
答：淋浴器每分钟用水质量为10kg．
（2）一次淋浴需要5min，水从20℃升高到50℃需要吸收的热量为：Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×10kg×5×（50℃-20℃）=6.3×10⁶J
因为电加热效率是70%，所以消耗的电能：W===9×10⁶J
答：一次淋浴约消耗电能是9×10⁶J．
（3）若选用电流直接加热，按一次淋浴消耗电能约9×10⁶J，而每次淋浴时间5min则电路提供的电功率为：P===30000W=30kW
一般家庭不可能达到30kW电功率，所以电流直接加热型电热淋浴器不适合．
分析：（1）根据体积计算质量，利用公式m=ρV，但要注意单位要统一．
（2）消耗的电能是总功，在已知效率的情况下，需要先求出有用功，即水升温吸收的热量，可以利用吸热公式来计算．
（3）这一问题应该结合家庭电路来考虑，因为前面已经求出了消耗的电能，又知道了时间，便可以求出用电器的功率，然后与实际生活中家庭电路中用电器的功率进行比较，即可得出正确的判断．
点评：电热综合题是中考物理必考内容，所以在平时的训练中一定要增加训练量及训练难度，只有这样才能应付各种类型的电热综合题．那么解答这类题的要点就是要明确热量的计算有两部分：一是吸放热公式，二是热值计算公式；电热的计算只有焦耳定律的应用．同时还要明确效率的应用，有用功部分就是确实消耗的部分，总功部分就是能量的来源部分，它们的比值就是效率大小．抓住这些要点是解答此类题的关键．