Question

17．無水箱式電熱水器具有體積小、加熱快的優(yōu)點(diǎn)，圖甲是它的工作原理圖．

（1）溫控器：水溫傳感器測量到出水溫度并將信息傳給微電腦芯片，微電腦芯片將測量到的水溫和預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，然后即時(shí)控制溫控器內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)的狀態(tài)，從而讓噴頭噴出預(yù)先設(shè)定溫度的熱水．請?jiān)趫D乙虛線框中補(bǔ)齊溫控器內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)．
（2）水壓控制開關(guān)：當(dāng)熱水器內(nèi)沒有水或水壓過低時(shí)，圖丙所示的水壓控制開關(guān)能確保電熱水器停止工作．圖中頂桿必須具有很好的絕緣性才能防止漏電．
（3）家庭電路中該電熱水器在正常電壓下工作，當(dāng)噴頭噴出水的流量為4.5L/min時(shí)，5℃的冷水經(jīng)過加熱后溫度最高可達(dá)38℃，已知通過電熱水器的電流為52.5A，則該電熱水器的加熱效率多少？

Answer 1

分析 （1）由甲圖可知，溫控器控制兩個(gè)電熱絲的通斷，微電腦芯片通過比較測量到的水溫和預(yù)先設(shè)定的溫度確定兩電熱絲的工作，當(dāng)水溫較低時(shí)兩個(gè)電熱絲均工作，
水溫較高時(shí)讓其中的一個(gè)電熱絲工作即可，水溫高時(shí)兩電熱絲均不工作，據(jù)此可知兩開關(guān)并聯(lián)；
（2）由圖丙可知，頂桿與彈性金屬薄片和開關(guān)接觸，為防止漏電應(yīng)具有很好的絕緣性；
（3）設(shè)加熱時(shí)間為1min，根據(jù)水的流量可知加熱水的體積，根據(jù)m=ρV求出加熱水的質(zhì)量，
利用Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量，利用W=UIt求出消耗的電能，再根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出加熱效率．

解答 解：（1）經(jīng)分析可知，兩電熱絲可以獨(dú)立工作，且各有一個(gè)開關(guān)控制，故溫控器內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)，如下圖方式連接：

（2）為防止漏電，水壓控制開關(guān)的頂桿必須具有很好的絕緣性．
（3）設(shè)加熱時(shí)間t=1min，則加熱水的體積V=4.5L=4.5dm³=4.5×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得加熱水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×4.5×10^-3m³=4.5kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×4.5kg×（38℃-5℃）=6.237×10⁵J，
消耗的電能：
W=UIt=220V×52.5A×60s=6.93×10⁵J，
則加熱效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=×$\frac{6.237×1{0}^{5}J}{6.93×1{0}^{5}J}$×100%=90%．
答：（1）如上圖所示；
（2）絕緣；
（3）該電熱水器的加熱效率為90%．

點(diǎn)評 本題考查了開關(guān)電路圖的設(shè)計(jì)、頂桿性質(zhì)的判斷和電功與熱量的綜合計(jì)算，雖綜合性較強(qiáng)，但難度不大，明白無水箱式電熱水器的工作原理和特點(diǎn)是解題的關(guān)鍵，要注意聯(lián)系電學(xué)知識解決生活中的應(yīng)用．