太陽能是一種理想的綠色能源.現(xiàn)在我市許多小區(qū)和農(nóng)村的住戶都安裝太陽能熱水器.小華家最近安裝了一臺太陽能熱水器,如圖1為其室內(nèi)進(jìn)、出水管的安裝示意圖,Ⅰ為進(jìn)水閥,Ⅱ?yàn)槌鏊y,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用熱水時,均通過這根進(jìn)出水管來完成.
請完成下列問題:
(1)給水箱上水時,閥門Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ應(yīng)處于何種狀態(tài)?洗澡時,閥門Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ應(yīng)處于何種狀態(tài)?
(2)若水箱安裝在七樓樓頂上,且距樓頂?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)水閥處水壓至少為多大,才能順利上水?(g=10N/kg,p0=1.0×105pa)
(3)如圖2所示為小華家太陽能熱水器的室外安裝圖.其中A為集熱器,B是水箱.產(chǎn)品說明書如表:

型號 SQB~16/1.2/3
外形尺寸 mm 1190×1250×1190
集熱管采光面積 m2 1.5
水箱容積 L 100
每天輸出熱水(L) 夏天 70~100
冬天 50~100
水溫(℃) 夏天 55~90
冬天 40~55
根據(jù)產(chǎn)品說明書中的參數(shù)和題給條件計算:
已知集熱器接受的太陽能輻射約為4.0×106J/m2?h,如果每天日照時間按10h計算,該熱水器在一天中接受的太陽能使一滿箱20℃的水到傍晚時,水溫達(dá)到70℃,那么該太陽能熱水器的轉(zhuǎn)化效率為多少?假設(shè)每天都可以得到這樣一箱熱水,使用這樣的熱水器,每月(按30天算)節(jié)省多少㎏的煤?(假設(shè)煤燃燒放出的熱量有50%被水吸收,煤的熱值約3.4×107J/㎏).(結(jié)果取整數(shù))
分析:(1)分析圖1,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;
(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)求出熱水器一天接收到的太陽能,再利用吸熱公式求水吸收的熱量,利用效率公式求該太陽能熱水器的轉(zhuǎn)化效率;求出每月太陽能的水吸收的熱量,而Q=Q×50%,然后利用燃料完全燃燒放熱公式Q=mq求每月節(jié)約煤的質(zhì)量.
解答:解:(1)如圖1,閥門Ⅰ打開,閥門Ⅱ、Ⅲ關(guān)閉,給水箱上水;閥門Ⅰ關(guān)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;
(2)排水閥到太陽能水面的高度:
h=3m×5-1m+1m=15m,
太陽能的水在排水閥處產(chǎn)生的壓強(qiáng):
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×15m=1.5×105pa,
進(jìn)水口處最小水壓:
p=p+p0=1.5×105pa+1×105pa=2.5×105pa;
(3)每天接受的太陽能輻射:
Q=4.0×106J/(m2?h)×1.5m2×10h=6×107J
水箱內(nèi)水的質(zhì)量:
m=ρv=1.0×103kg/m3×100×10-3m3=100kg,
一天中一滿箱水吸收的熱量為
Q=cm△t
=4.2×103J/(kg?℃)×100kg×(70℃-20℃)
=2.1×107J,
該太陽能熱水器的轉(zhuǎn)化效率:
η=
Q
Q
=
2.1×107J
107J
=35%,
每月水吸收的熱量:
Q′=2.1×107J×30=6.3×108J,
由題知,Q′=qm×50%,
每月可節(jié)省的煤的質(zhì)量:
m=
Q′
q×50%
=
6.3×108J
3.4×107J/kg×50%
≈37㎏.
答:(1)給水箱上水時,閥門Ⅰ打開,閥門Ⅱ、Ⅲ關(guān)閉;洗澡時,閥門Ⅰ關(guān)閉,閥門Ⅱ、Ⅲ打開;
(2)在進(jìn)水閥處水壓至少為2.5×105pa,才能順利上水;
(3)該太陽能熱水器的轉(zhuǎn)化效率為35%,每月(按30天算)節(jié)省37㎏的煤.
點(diǎn)評:太陽能具有取之不盡,用之不竭,清潔無污染等諸多優(yōu)點(diǎn),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(guān)注的熱點(diǎn).
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:初中物理 來源: 題型:

(2012?肇慶模擬)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,如圖其室內(nèi)進(jìn)出水管的安裝示意圖,為進(jìn)水閥,Ⅱ出水閥,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用熱水,均通過這根進(jìn)出水管來完成.請完成下列問題:
(1)給水箱上水時I、Ⅱ應(yīng)處于何種狀態(tài)?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(gòu)成的物理模型是什么?
(2)若水箱安裝在七樓樓頂上,且距樓頂?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)水閥處水壓至少為多大,才能順利上水.
(3)設(shè)水箱容積為100升,在一般的光照條件下,一滿箱15℃的水到傍晚時,水溫可達(dá)到65℃,相當(dāng)于多少米3的煤氣完全燃燒放出的熱量  (C=4.2×103J/(kg?℃),煤氣的熱值約4×107J/m3).
(4)水箱中的水溫在冬天有時不夠高,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”,家里當(dāng)時的實(shí)際電壓只有200V,要把滿箱水溫度提高10℃,需加熱多少分鐘?

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科目:初中物理 來源: 題型:

(2008?湘潭模擬)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(nèi)進(jìn)出水管的安裝示意圖,Ⅰ為進(jìn)水閥,Ⅱ?yàn)槌鏊y,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用熱水,均通過這根進(jìn)出水管來完成.請完成下列問題:
(1)給水箱上水時I應(yīng)處于
打開
打開
、Ⅱ應(yīng)處于
關(guān)閉
關(guān)閉
(填“打開”或“關(guān)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(gòu)成的物理模型是
連通器
連通器

(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?℃)

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科目:初中物理 來源: 題型:

(2006?遵義)太陽能是一種理想的綠色能源,小民家最近安裝了一臺太陽能、電能兩用熱水器,容積為100L,加熱功率為2kW,已知c=4.2×103J/(kg?℃).求:
(1)一般光照條件下,一滿箱20℃的水到傍晚水溫可達(dá)60℃,則水吸收了多少熱量?
(2)在陰雨連綿的天氣里,需要用電熱器加熱,要使這些水升高同樣的溫度,則電熱器要工作多長時間?耗電多少度?(若不計熱損失)

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科目:初中物理 來源: 題型:

太陽能是一種理想的綠色能源,太陽能熱水器深受廣大用戶的青睞.如圖所示為某品牌太陽能熱水器.
(1)熱水器集熱管采用雙層結(jié)構(gòu)
防止熱對流引起熱損失
防止熱對流引起熱損失
,外層透明,兩層之間是真空的
防止熱傳導(dǎo)引起熱損失
防止熱傳導(dǎo)引起熱損失
,內(nèi)層內(nèi)壁涂成銀色
防止管內(nèi)熱水向外散熱
防止管內(nèi)熱水向外散熱
,內(nèi)層外壁涂成黑色
更易吸收太陽的熱
更易吸收太陽的熱
,從物理學(xué)角度看,這樣做的目的是什么?
(2)該太陽能熱水器的水箱總?cè)莘e為100L,4、5月份晴朗的天氣下,一滿箱15℃的水到傍晚時,水溫可達(dá)到65℃,如果用煤氣來加熱,需要完全燃燒多少立方米的煤氣?
(3)水箱中的水溫在冬天有時不夠高,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”,家里當(dāng)時的實(shí)際電壓只有200V,要把滿箱水溫仍然從15℃提高到65℃,需加熱多少小時?
(4)若某用戶家的太陽能熱水器架設(shè)在20m高的樓頂,則從理論上看,將水注滿熱水器,這部分水的機(jī)械能增加了多少?

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同步練習(xí)冊答案