Question

如圖是空氣能熱水器的原理圖．給空氣能熱水器供電，壓縮機(jī)工作，壓縮從蒸發(fā)器流出的制熱氣體，氣體溫度升高到120℃以上，高溫氣體流入冷凝器，加熱冷凝器內(nèi)的冷水，冷水溫度升高到60℃，流入保溫桶，同時(shí)流入冷凝器內(nèi)的高溫氣體，放出熱量液化，再進(jìn)入蒸發(fā)器吸收空氣中的熱量而汽化．根據(jù)以上內(nèi)容完成以下題目：
（1）冷水流過空氣能熱水器的冷凝器，水溫度升高，這是利用

熱傳遞

方式增加水的內(nèi)能．從蒸發(fā)器流出的制熱氣體，流經(jīng)壓縮機(jī)，氣體溫度升高，

機(jī)械能

能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）利用功率為1000W的電熱水器，工作70分鐘理想情況下能將20kg18℃的水加熱到68℃．
①求：電熱水器電流做功（W=Pt）和水吸收的熱量，從計(jì)算的結(jié)果你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？
②若用1000W的空氣能熱水器，加熱同樣多的水只需工作20分鐘，蒸發(fā)器從空氣中吸收的熱量是多少（電流經(jīng)壓縮機(jī)做的功W，蒸發(fā)器從空氣吸收的熱量Q₁，冷水從冷凝器吸收的熱量Q₂，存在這樣的規(guī)律：Q₂=W+Q₁，熱量損失不計(jì)）？
③從空氣吸收的熱量由完全燃燒焦炭來提供，相當(dāng)于節(jié)約需要多少焦炭？（焦炭的熱值為3×10⁷J/kg）

Answer 1

分析：（1）改變內(nèi)能的方法有：做功和熱傳遞，做功實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化、熱傳遞實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移；
（2）①根據(jù)W=Pt求出電熱水器電流做功，再根據(jù)Q=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，然后比較兩者的關(guān)系得出規(guī)律；
②根據(jù)W=Pt求出電熱水器電流做功，再根據(jù)Q₂=W+Q₁求出蒸發(fā)器從空氣中吸收的熱量；
③根據(jù)Q=mq求出從空氣吸收的熱量由完全燃燒焦炭來提供時(shí)的質(zhì)量．

解答：解：
（1）冷水流過空氣能熱水器的冷凝器，水溫度升高，這是通過熱傳遞的方式增加水的內(nèi)能；
從蒸發(fā)器流出的制熱氣體，流經(jīng)壓縮機(jī)，氣體溫度升高，是通過做功的方式把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）①電熱水器電流做功：W=Pt=1000W×70×60s=4.2×10⁶J，
水吸收的熱量：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×20kg×（68℃-18℃）=4.2×10⁶J，
發(fā)現(xiàn)規(guī)律：水吸收的熱量等于電流做的功；
②20分鐘電流做功：
W′=Pt′=1000W×20×60s=1.2×10⁶J，
∵Q₂=W+Q₁
∴Q₁=4.2×10⁶J-1.2×10⁶J=3×10⁶J；
③根據(jù)Q_放=mq得，從空氣吸收的熱量由完全燃燒焦炭來提供時(shí)的質(zhì)量：
m_焦炭=

Q1

q

=

3×106J

3×107J/kg

=0.1kg．
答：（1）熱傳遞；機(jī)械；
（2）①電熱水器電流做功和水吸收的熱量均為4.2×10⁶J，規(guī)律：水吸收的熱量等于電流做的功；
②蒸發(fā)器從空氣中吸收的熱量是3×10⁶J；
③從空氣吸收的熱量由完全燃燒焦炭來提供，相當(dāng)于節(jié)約需要0.1kg焦炭．

點(diǎn)評(píng)：本題以空氣源熱泵熱水器為背景，考查了學(xué)生對(duì)改變物體內(nèi)能的方法和能量的轉(zhuǎn)化、吸熱公式、電功公式的了解與掌握，題干內(nèi)容較多，仔細(xì)閱讀，從中得出相關(guān)信息并利用好是本題的關(guān)鍵．