小华同学为了节能和方便家人洗澡,用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器,如图是它的安装示意图.在水箱上下安有二根管子,其中一根是进出水管,给热水器上冷水或淋浴时用热水,都是通过进出水管来完成,室内进出水管上安有三个阀门. 若当地的大气压强p0=1.0×105Pa,请回答下列问题: (1)小华为什么要在热水器上方安装一根与大气相通的管子A? (2)根据阀门I、II、Ⅲ的位置,说明它们的作用是什么?如何调节喷头出水的温度? (3)给热水器上冷水时,阀门I、II、III应当处于何种状态?洗澡时,阀门I、II、III应当处于何种状态? (4)如果小华同学住的居民楼层高为3m,他家的热水器安装在七楼楼顶上,且距楼顶高1m,那么该地区的水压至少为多大,才能顺利为热水器上水? (5)设热水器水箱容积为100L,在一般的光照条件下,一满箱12℃的水经白天太阳的加热温度可达到45℃,这相当于多少煤气完全燃烧放出的热量?(已知水的比热容为4.2×107J/(kg·℃),煤气的热值约4.2×107J/kg) 分析与解答如下所示: 分析 (1)用一根管子和外界相连通,构成连通器,主要作用是排出桶内的气体和加水过多时,向外溢水. (2)阀门Ⅰ的作用是控制向水箱内加入冷水;阀门Ⅱ的作用是控制进入淋浴喷头的热水;阀门Ⅲ的作用是控制进入淋浴喷头的冷水.调节阀门Ⅱ和阀门Ⅲ进入淋浴喷头的冷热水的来可以改变淋浴喷头喷出的水的温度. (3)加冷水时,阀门Ⅰ打开,阀门Ⅱ和Ⅲ关闭,冷水即可通过进水管进入到水箱内.洗澡时阀门Ⅰ关闭,阀门Ⅱ和Ⅲ打开. (4)水箱的高度h=3m×7+1m=22m,加水时需要克服水的压强和外界大气压强,因此,通过公式P=P水+P0=ρ水gh+P0计算出需要的水压. (5)首先通过公式m=ρV计算出水的质量,再通过公式Q吸=cm(t-t0)计算出水吸收的热量,即为煤气完全燃烧放出的热量,再用Q吸除以煤气的热值q求出煤气的质量m. 解:(1)A管的作用一是排气,二是溢水.因为汽油桶改做水箱后,如果不安装A管排气的话,上水时会把一些空气密闭在里面,就不易将水注满;而且,上方的空气还影响箱内水温升高. (2)阀门Ⅰ的作用是控制进入水箱的冷水;阀门Ⅱ的作用是控制进入淋浴喷头的热水;阀门Ⅲ的作用是控制进入淋浴喷头的冷水. 通过阀门Ⅱ调节进入淋浴喷头的热水多少、阀门Ⅲ调节进入淋浴喷头的冷水的多少,这样就可以改变淋浴喷头喷出的水的温度. (3)给热水器上水时,阀门Ⅰ应打开,阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应关闭.洗澡时,阀门Ⅰ应关闭,阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应打开. 故答案为:阀门Ⅰ打开,阀门Ⅱ、阀门Ⅲ关闭;阀门Ⅰ关闭,阀门Ⅱ、阀门Ⅲ打开. (4)水箱距地面高度h=22m.该地区的最低供水水压, P=P水+P0=ρgh+p0=1.0×103kg/m3×10N/kg×22m+1×105Pa=3.2×105Pa. 答:该地区的最低供水水压为3.2×105Pa. (5)水的体积V=100L=0.1m3,水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×0.1m3=100kg. 水箱内的水吸收的热量 Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(45℃-12℃)=1.39×107J. 如果靠煤气燃烧放出这些热量,需完全燃烧的煤气的质量为 m=
答:需要燃烧煤气的质量为0.33kg. 此题考查的知识点比较多,联系生活实际,考查学生应用物理知识解决实际问题的能力.体现了物理来源于生活,服务于社会的新课程理念. |
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