自制了一个简易太阳能热水器

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p=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？，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=

Q吸

q

=

1.39×107J

4.2×107J/kg

=0.33kg．

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。

燃气、电热水器使用安全须知

   每年的冬季都是热水器的使用高峰期，但是关于热水器安全事故的案例已经不是一两起，那么我们到底如何安全使用热水器呢？其实使用燃气热水器要注意通风排烟，使用电热水器要注意无水断电。
　　燃气热水器使用时：
　　一、注意保持良好通风，不要在房间的供排气口上悬挂物品，以免影响空气流通。在每次使用前，都应检查安装热水器的房间窗户或排气扇是否打开，通风是否良好。

　　二、在使用过程中，需每隔一段时间对热水器进行安全检查。当发生漏烟、堵塞或者倒灌风时，请立即停止使用。

　　三、禁止在热水器周围放置易燃、易挥发性物品，禁止在排气口和供气口上放置毛巾、抹布等易燃品。

　　四、使用完后，检查燃气阀门是否关闭，经常检查供气管道是否完好。注意定期更换橡胶软管，请常用肥皂水在软管接驳处检查有无气泡出现，如有漏气，及时报修。
　　电热水器使用时：
　　一、使用电热水器时，当打开水阀而没有出水时，要立即断开电源，防止因故障使电热水器在无流动水的情况下工作而损坏。

 二、使用电热水器要避免因进水口太小导致出水口温度过高而损坏电热水器。                                                                  

 三、在使用贮水式电热水器时，一定要先注满冷水后再通电加热。打开热水阀有水流出，则贮水合适，可以通电。

　　四、使用时为防止烫伤，可以先开冷水阀，再开热水阀；关时先关热水阀，再关冷水阀。
　　五、使用贮水式电热水器要求自来水处于常开状态，保证水箱经常有水。
　　六、严防在进水口和出水口同时安装阀门

  

   太阳能VS电热水器到底哪个好？

        看完再装不后悔！

热水器是每家洗澡必备品，现在用的较多的是电热水器，太阳能热水器也渐渐成为新宠，买热水器的时候考虑总很多，选用哪种热水器最好成了令人头疼的问题！那到底是选电热水器好还是太阳能热水器好呢？     那从大家最关心的安全性说起吧。也许你经常听到，某某地用电热水器洗澡触电身亡、电热水器爆炸的新闻，而给电热水器与不安全打上等号，其实这在一定程度上有夸大的成分，电路安装不规范，没接地线，电路满足不了热水器5000w甚至更大功率都会造成电路烧坏漏电，这与用电环境影响很大；其次产品存在质量问题，这也是你会发现大部分发生电热水器触电现象出现在农村和出租房的主要原因。         一般的热水器都配有防电墙技术，只要安装规范，家里电路安装和功率承载没问题的话，相对来说还是安全的，万一不放心，最好还是关掉电源洗浴。           再来说太阳能热水器吧，在阴雨天气要用热水怎么办？其实，一般太阳能热水器也备有电加热，功率一般比电热水器要小，也会存在漏电风险。需要强调的一点是，在雷雨天气最好不要用太阳能热水器洗澡，楼顶需要安装避雷设备。        所以从安全上来说，很难说孰会胜一筹，不管购买哪种热水器，一定要选择正规的品牌，切勿贪便宜买了三无产品。

最佳建议：

把太阳能热水器的出水口装一个三通，三通的一头加装阀门直接接到淋浴喷头上，三头的另外一头也加装阀门安装到电热水器的入口，电热水器的出口也接到淋浴喷头上，淋浴喷头的管路上也要安装一个三通，这样就可以，太阳能和电热水器的水都使用了。如果天气好，用太阳能热水器的水，如果天气不好，把太阳能里面的水放到电热水器中用点热水器进行加热也是会省电的，因为太阳能里面的水肯定比自来水温度要高。

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