Question

太陽(yáng)能是一種理想的綠色能源．小華家最近安裝了一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，如右圖是其室內(nèi)進(jìn)出水管的安裝示意圖，Ⅰ為進(jìn)水閥，Ⅱ?yàn)槌鏊�閥，Ⅲ為調(diào)溫閥．在水箱接口處有一根進(jìn)出水管，一根溢流管，一根排氣管．給水箱上冷水或沐浴時(shí)用熱水，均通過(guò)這根進(jìn)出水管來(lái)完成．請(qǐng)完成下列問(wèn)題：
（1）給水箱上水時(shí)I應(yīng)處于______、Ⅱ應(yīng)處于______（填“打開(kāi)”或“關(guān)閉”）此時(shí)水塔、自來(lái)水管與熱水器的水箱、排氣管、溢流管它們共同構(gòu)成的物理模型是______．
（2）若水箱安裝在七樓樓頂上，且水箱距樓頂?shù)孛娓?米，小華家住二樓，進(jìn)水閥距二樓地面高1米，每層樓高3米，則在進(jìn)水閥處水壓強(qiáng)至少為多大，才能順利上水．
（3）水箱（箱的容積為24L）中的水溫在冬天有時(shí)不夠高，一般都預(yù)裝了電加熱器．若該電加熱器的規(guī)格為“220V 2.4KW”，若不計(jì)熱損失，正常狀態(tài)下要把滿箱水溫度提高10℃，需加熱多少分鐘？（水的密度為1.0×10³kg/m³，水的比熱容為4.2×10³J/kg℃）

Answer 1

【答案】分析：（1）分析圖，要上水，要閉合閥門Ⅱ、Ⅲ，打開(kāi)閥門Ⅰ；洗澡時(shí)，熱水從上面下來(lái)和冷水混合使用，要閉合閥門Ⅰ，打開(kāi)閥門Ⅱ、Ⅲ；同時(shí)水塔、自來(lái)水管與熱水器的水箱、排氣管、溢流管這幾個(gè)底部相連通的容器構(gòu)成連通器；
（2）確定二樓進(jìn)水閥處的深度，根據(jù)液體壓強(qiáng)公式求此處水管內(nèi)的水產(chǎn)生的壓強(qiáng)，再加上大氣壓就是要求的在進(jìn)水閥處的最小水壓；
（3）利用公式m=ρV求出水箱里水的質(zhì)量，再利用Q_吸=cm△t求出把滿箱水溫度提高10℃需吸收的熱量，因這些熱量由電加熱器來(lái)加熱提供，根據(jù)公式t==即可求需加熱的時(shí)間．
解答：解：（1）如圖，閥門Ⅰ打開(kāi)，閥門Ⅱ、Ⅲ關(guān)閉，給水箱上水；閥門Ⅰ關(guān)閉，閥門Ⅱ、Ⅲ打開(kāi)，上面來(lái)的熱水和下面來(lái)的冷水混合，供熱洗澡用；此時(shí)水塔、自來(lái)水管與熱水器的水箱、排氣管、溢流管它們共同構(gòu)成的物理模型是連通器；
故答案為：打開(kāi)；關(guān)閉；連通器．
（2）排水閥到太陽(yáng)能熱水器水面的高度：
h=3m×（7-1）-1m+1m=18m，
太陽(yáng)能熱水器的水在排水閥處產(chǎn)生的壓強(qiáng)：
P=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×18m=1.8×10⁵Pa，
進(jìn)水口處最小水壓：
P_小=P=1.8×10⁵Pa；
答：在進(jìn)水閥處水壓強(qiáng)至少為1.8×10⁵Pa，才能順利上水；
（3）水箱（箱的容積為24L）中的水的質(zhì)量：
m=ρv=1.0×10³kg/m³×24×10^-3m³=24kg，
把滿箱水溫度提高10℃需吸收的熱量為
Q_吸=cm△t
=4.2×10³J/（kg?℃）×24kg×10℃
=1.008×10⁶J，
這些熱量由電加熱器來(lái)加熱提供，所以W=Q_放=Q_吸=1.008×10⁶J，
需加熱的時(shí)間t===420s=7min，
答：把滿箱水溫度提高10℃，需加熱7分鐘．
點(diǎn)評(píng)：太陽(yáng)能具有取之不盡，用之不竭，清潔無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，深受人們的青睞．在能源問(wèn)題日益突出的今天，如何有效地利用太陽(yáng)能自然成了中考關(guān)注的熱點(diǎn)．