Question

9．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．如表為某品牌家用燃?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(jī)體上印有一些警告，其中一條是這樣說(shuō)的：“氣溫低于0℃時(shí)，用后請(qǐng)打開(kāi)放水塞，放盡機(jī)內(nèi)存水，再擰緊…”．這樣做的理由是水凝固成冰，體積會(huì)變大．
（2）試求該型號(hào)家用燃?xì)鉄崴�器正常工作時(shí)的燒水效率．（相關(guān)參數(shù)見(jiàn)銘牌）
（3）若在額定產(chǎn)熱水能下進(jìn)行淋浴，一次淋浴總計(jì)加熱時(shí)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(wú)水或水壓過(guò)低時(shí)“干燒”，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了很多種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置，實(shí)現(xiàn)通常所說(shuō)的“水到氣到”．圖2就是其中一種“水氣聯(lián)動(dòng)”裝置的原理圖，當(dāng)進(jìn)水口處有水壓時(shí)，膜片的右（左/右）面就會(huì)受到水的壓力，克服彈簧的彈力推動(dòng)閥桿，打開(kāi)進(jìn)氣閥門(mén)使燃?xì)饨尤胫骰鸸艿�；反之，如果此時(shí)的水壓很小或者無(wú)水，則膜片受到的水的壓力就會(huì)減小甚至消失，燃?xì)忾y門(mén)就會(huì)在彈簧的作用下關(guān)閉，停止進(jìn)氣．

生產(chǎn)許可證	XK00-1020044
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)	GB6932-2001
型號(hào)	JSD16-D8JA
燃起種類	天然氣
額定燃起壓強(qiáng)	2000Pa
額定熱負(fù)荷	16kW
適用水壓	0.025Mpa～0.75Mpa
額定產(chǎn)熱水能	8L/min（△t=25K）
額定電壓	3V（DC）

Answer 1

分析 （1）水的凝固點(diǎn)是0℃，水在結(jié)冰過(guò)程中體積會(huì)膨脹；
（2）已知熱水器的額定熱負(fù)荷和1min，可以得到在此時(shí)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(shí)間，可以得到在此時(shí)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(shí)，對(duì)膜片有向左的壓力，壓力足夠大時(shí)，彈簧被壓縮，燃?xì)忾y門(mén)打開(kāi)，熱水器供熱；反之燃?xì)忾y門(mén)關(guān)閉．

解答 解：
（1）氣溫低于0℃時(shí)，使用后的熱水器中殘存的水會(huì)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(shí)，用后需要打開(kāi)放水塞，放盡機(jī)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
由Q=Vq可得，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(shí)，膜片的右面就會(huì)受到向左的壓力，克服彈簧的彈力向左推動(dòng)閥桿，打開(kāi)進(jìn)氣閥門(mén)使燃?xì)饨尤胫骰鸸艿�；反之，如果此時(shí)的水壓很小或者無(wú)水，則膜片受到的向左的壓力就會(huì)減小甚至消失，燃?xì)忾y門(mén)就會(huì)在彈簧的壓力下向右移動(dòng)而關(guān)閉，停止進(jìn)氣；
故答案為：（1）水凝固成冰，體積會(huì)變大；                                    
（2）87.5%；
（3）0.24m³；
（4）右．

點(diǎn)評(píng) 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(wèn)題的關(guān)鍵．平時(shí)多留心，多觀察，了解物理知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用．