Question

20．家用燃?xì)鉄崴�器（如圖1所示）是一種方便、快捷且不受天氣影響的洗浴設(shè)備．下表為某品牌家用燃?xì)鉄崴�器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)．已知天然氣的熱值為8×10⁷J/m³．
（1）為了安全使用此熱水器，機體上印有一些警告，其中一條是這樣說的：“氣溫低于0℃時，用后請打開放水塞，放盡機內(nèi)存水，再擰緊…”．請解釋為什么要這樣做？
（2）試求該型號家用燃?xì)鉄崴�器正常工作時的燒水效率．（相關(guān)參數(shù)見銘牌）
（3）若在額定產(chǎn)熱水能力下進(jìn)行淋浴，一次淋浴總計加熱時間為20min，則此次淋浴至少需消耗多少m³天然氣？
（4）為防止燃?xì)鉄崴�器在無水或水壓過低時“干燒”，技術(shù)人員設(shè)計了很多種“水氣聯(lián)動”裝置，實現(xiàn)通常所說的“水到氣到”．圖2就是其中一種“水氣聯(lián)動”裝置的原理圖，你能看出它的工作原理嗎？請簡述它是如何利用“水到”來控制“氣到”的：當(dāng)進(jìn)水口處有水壓時，膜片的右（左/右）面就會受到水的壓力，克服彈簧的彈力推動閥桿，打開進(jìn)氣閥門使燃?xì)饨尤胫骰鸸艿�；反之，如果此時的水壓很小或者無水，則膜片受到的水的壓力就會減小甚至消失，燃?xì)忾y門就會在彈簧的作用下向右（左/右）移動而關(guān)閉，停止進(jìn)氣．
（5）為了防止熱水器工作過程中加熱火焰意外熄滅導(dǎo)致燃?xì)庑孤�，技術(shù)人員設(shè)計了“火滅斷氣”的裝置．如圖3所示為一種“火滅斷氣”裝置的原理圖，請根據(jù)這個原理圖，簡述它是怎樣實現(xiàn)“火滅斷氣”功能的？

生產(chǎn)許可證	XK00-1020044
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)	GB6932-2001
型號	JSD15-D8JA
燃?xì)夥N類	天然氣
額定燃?xì)鈮簭?/TD>	2000pa
額定熱負(fù)荷	16KW
適用水壓	0.025Mpa0.75Mp
額定產(chǎn)熱水能	8L/min（△t=25°C
額定電壓	3V（DC）

Answer 1

分析 （1）水的凝固點是0℃，水在結(jié)冰過程中體積會膨脹；
（2）已知熱水器的額定熱負(fù)荷和1min，可以得到在此時間產(chǎn)生的熱量Q；
已知1min加熱水的體積，可以得到1min加熱水的質(zhì)量；已知水的質(zhì)量、比熱和升高的溫度，可以得到吸收的熱量；
已知水吸收的熱量和熱水器產(chǎn)生的熱量，兩者之比就是熱水器的燒水效率；
（3）已知熱水器的額定熱負(fù)荷和淋浴時間，可以得到在此時間產(chǎn)生的熱量Q_淋；已知需要的熱量和天然氣的熱值，利用V=$\frac{Q}{q}$得到燃燒的天然氣；
（4）水箱中進(jìn)水時，對膜片有向左的壓力，壓力足夠大時，彈簧被壓縮，燃?xì)忾y門打開，熱水器供熱；反之燃?xì)忾y門關(guān)閉；
（5）物體具有熱脹冷縮的性質(zhì)，但不同物體的熱膨脹程度不同，雙金屬片就是兩片熱膨脹程度相差很大的金屬片鉚合而成．

解答 解：
（1）氣溫低于0℃時，使用后的熱水器中殘存的水會結(jié)冰．水結(jié)冰后，密度變小，體積膨脹，很容易把熱水器脹破．所以，氣溫低于0℃時，用后需要打開放水塞，放盡機體內(nèi)存水，再擰緊；
（2）由表格可知，額定熱負(fù)荷16kW，熱水器正常工作1min，產(chǎn)生的熱量為：
Q=Pt=16×10³W×60s=9.6×10⁵J
由表格可知額定產(chǎn)熱水能，1min內(nèi)加熱水的質(zhì)量為：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×8×10^-3m³=8kg
這些水吸收的熱量為Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×8kg×25℃=8.4×10⁵J
熱水器的燒水效率為η=$\frac{{Q}_{吸}}{Q}$×100%=$\frac{8.4×1{0}^{5}J}{9.6×1{0}^{5}J}$×100%=87.5%；
（3）一次淋浴需要的熱量為：
Q_淋=Pt_淋=16×10³W×1200s=1.92×10⁷J
需要完全燃燒的天然氣的體積為V_氣=$\frac{{Q}_{淋}}{q}$=$\frac{1.92×1{0}^{7}J}{8×1{0}^{7}J/{m}^{3}}$=0.24m³；
（4）當(dāng)進(jìn)水口處有水壓時，膜片的右面就會受到向左的壓力，克服彈簧的彈力向左推動閥桿，打開進(jìn)氣閥門使燃?xì)饨尤胫骰鸸艿�；反之，如果此時的水壓很小或者無水，則膜片受到的向左的壓力就會減小甚至消失，燃?xì)忾y門就會在彈簧的壓力下向右移動而關(guān)閉，停止進(jìn)氣；
（5）火焰燃燒時，雙金屬片外側(cè)的金屬溫度升高時膨脹的更多，雙金屬片向下彎曲，推動燃?xì)忾y門打開；如果因為意外的原因使火焰熄滅，雙金屬片的溫度降低，外側(cè)金屬收縮的更多，雙金屬片向上伸直，拉動燃?xì)忾y門關(guān)閉，防止燃?xì)馔庑梗?br />故答案為：
（1）氣溫低于0℃時，使用后的熱水器中殘存的水會結(jié)冰．水結(jié)冰后，密度變小，體積膨脹，很容易把熱水器脹破．所以，氣溫低于0℃時，用后需要打開放水塞，放盡機體內(nèi)存水，再擰緊；
（2）該型號家用燃?xì)鉄崴�器正常工作時的燒水效率為87.5%
（3）此次淋浴至少需消耗0.24m³天然氣；
（4）右；右；
（5）火焰燃燒時，雙金屬片外側(cè)的金屬溫度升高時膨脹的更多，雙金屬片向下彎曲，推動燃?xì)忾y門打開；如果因為意外的原因使火焰熄滅，雙金屬片的溫度降低，外側(cè)金屬收縮的更多，雙金屬片向上伸直，拉動燃?xì)忾y門關(guān)閉，防止燃?xì)馔庑梗?/p>

點評 此題提供的信息量大，從這么多的信息中迅速提取出有用的信息，是解決這類問題的關(guān)鍵．平時多留心，多觀察，了解物理知識在實際生活中的應(yīng)用．