Question

小華同學為了節能和方便家人洗澡，用廢棄的汽油桶在房頂上自制了一個簡易太陽能熱水器，圖2是它的安裝示意圖。在水箱上下安有二根管子，其中一根是進出水管，給熱水器上冷水或淋浴時用熱水，都是通過進出水管來完成，室內進出水管上安有三個閥門。

    若當地的大氣壓強p0=1.0×105Pa，請回答下列問題：

    (1)小華為什么要在熱水器上方安裝一根與大氣相通的管子A?

    (2)根據閥門I、II、Ⅲ的位置，說明它們的作用是什么?如何調節噴頭出水的溫度?

    (3)給熱水器上冷水時，閥門I、1I、III應當處于何種狀態?洗澡時，閥門1、II、111應當處于何種狀態?

    (4)如果小華同學住的居民樓層高為3 m，他家的熱水器安裝在七樓樓頂上，且距樓頂高1 m，那么該地區的水壓至少為多大，才能順利為熱水器上水?

    (5)設熱水器水箱容積為100 L，在一般的光照條件下，一滿箱12℃的水經白天太陽的加熱溫度可達到45℃，這相當于多少煤氣完全燃燒放出的熱量?(已知水的比熱容為4.2×107J／(kg·℃)，煤氣的熱值約4.2×107J／kg)

  

Answer 1

（1）A管的作用一是排氣，二是溢水。因為汽油改做水箱后，如果不安裝A管排氣的話，上水時會把一些空氣密閉在里面，就不易將水注滿；而且，上方的空氣還影響箱內水溫的升高。                                                        （2分）

（2）閥門Ⅰ控制進入水箱的冷水            （1分）    閥門Ⅱ控制進入淋浴噴頭的熱水    （1分）      閥門Ⅲ控制進入淋浴噴頭的冷水     （1分）     通過閥門Ⅱ、閥門Ⅲ調節進入淋浴噴頭的冷熱水的多少可以改變淋浴噴頭噴出的水的溫度 （1分）

（3）給熱水器上水時，閥門Ⅰ應打開，閥門Ⅱ、閥門Ⅲ應關閉。 （1分） （三個閥門的狀態都答對得1分，只要有一個答錯就得0分）洗澡時，閥門Ⅰ應關閉，閥門Ⅱ、閥門Ⅲ應打開。   （1分）   （三個閥門的狀態都答對得1分，只要有一個答錯就得0分）

（4）水箱距地面高度h = 7×3m + 1m = 22m    （1分） 該地區的最低供水水壓p = pgh + p0 = 1.0×103kg/m3×10N/kg×22m + 1.0×105Pa = 3.2×105 Pa    （2分）

（5）m = ρV = 1.0×103kg/m3×100×10-3m3 = 100kg               （1分）

Q吸 = cm（t-t0）= 4.2 ×103J/（kg·℃）×100kg×（45 – 12） ℃

= 1.39×107J                                     （1分）

如果靠煤氣燃燒放出這些熱量，需完全燃燒的煤氣

m = Q吸/q = 1.39×107J/4.2 ×107J/kg = 0.33kg