Question

太陽能是一種理想的綠色能源．小華家最近安裝了一臺太陽能熱水器，如右圖是其室內進出水管的安裝示意圖，Ⅰ為進水閥，Ⅱ為出水閥，Ⅲ為調溫閥．在水箱接口處有一根進出水管，一根溢流管，一根排氣管．給水箱上冷水或沐浴時用熱水，均通過這根進出水管來完成．請完成下列問題：
（1）給水箱上水時I應處于______、Ⅱ應處于______（填“打開”或“關閉”）此時水塔、自來水管與熱水器的水箱、排氣管、溢流管它們共同構成的物理模型是______．
（2）若水箱安裝在七樓樓頂上，且水箱距樓頂地面高1米，小華家住二樓，進水閥距二樓地面高1米，每層樓高3米，則在進水閥處水壓強至少為多大，才能順利上水．
（3）水箱（箱的容積為24L）中的水溫在冬天有時不夠高，一般都預裝了電加熱器．若該電加熱器的規格為“220V 2.4KW”，若不計熱損失，正常狀態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

解：（1）如圖，閥門Ⅰ打開，閥門Ⅱ、Ⅲ關閉，給水箱上水；閥門Ⅰ關閉，閥門Ⅱ、Ⅲ打開，上面來的熱水和下面來的冷水混合，供熱洗澡用；此時水塔、自來水管與熱水器的水箱、排氣管、溢流管它們共同構成的物理模型是連通器；
故答案為：打開；關閉；連通器．
（2）排水閥到太陽能熱水器水面的高度：
h=3m×（7-1）-1m+1m=18m，
太陽能熱水器的水在排水閥處產生的壓強：
P=ρgh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×18m=1.8×10⁵Pa，
進水口處最小水壓：
P_小=P=1.8×10⁵Pa；
答：在進水閥處水壓強至少為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加熱提供，所以W=Q_放=Q_吸=1.008×10⁶J，
需加熱的時間t===420s=7min，
答：把滿箱水溫度提高10℃，需加熱7分鐘．
分析：（1）分析圖，要上水，要閉合閥門Ⅱ、Ⅲ，打開閥門Ⅰ；洗澡時，熱水從上面下來和冷水混合使用，要閉合閥門Ⅰ，打開閥門Ⅱ、Ⅲ；同時水塔、自來水管與熱水器的水箱、排氣管、溢流管這幾個底部相連通的容器構成連通器；
（2）確定二樓進水閥處的深度，根據液體壓強公式求此處水管內的水產生的壓強，再加上大氣壓就是要求的在進水閥處的最小水壓；
（3）利用公式m=ρV求出水箱里水的質量，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加熱提供，根據公式t==即可求需加熱的時間．
點評：太陽能具有取之不盡，用之不竭，清潔無污染等諸多優點，深受人們的青睞．在能源問題日益突出的今天，如何有效地利用太陽能自然成了中考關注的熱點．