小华同学为了节能和方便家人洗澡，用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器，如图是它的安装示意图．在水箱上下安有二根管子，其中一根是进出水管，给热水器上冷水或淋

Question

小华同学为了节能和方便家人洗澡，用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器，如图是它的安装示意图．在水箱上下安有二根管子，其中一根是进出水管，给热水器上冷水或淋浴时用热水，都是通过进出水管来完成，室内进出水管上安有三个阀门．
若当地的大气压强p₀=1.0×10⁵Pa，请回答下列问题：
（1）小华为什么要在热水器上方安装一根与大气相通的管子A？
（2）根据阀门I、II、Ⅲ的位置，说明它们的作用是什么？如何调节喷头出水的温度？
（3）给热水器上冷水时，阀门I、II、III应当处于何种状态？洗澡时，阀门I、II、III应当处于何种状态？
（4）如果小华同学住的居民楼层高为3m，他家的热水器安装在七楼楼顶上，且距楼顶高1m，那么该地区的水压至少为多大，才能顺利为热水器上水？
（5）设热水器水箱容积为100L，在一般的光照条件下，一满箱12℃的水经白天太阳的加热温度可达到45℃，这相当于多少煤气完全燃烧放出的热量？（已知水的比热容为4.2×10⁷J/（kg•℃），煤气的热值约4.2×10⁷J/kg）

Answer 1

（1）A管的作用一是排气，二是溢水．因为汽油桶改做水箱后，如果不安装A管排气的话，上水时会把一些空气密闭在里面，就不易将水注满；而且，上方的空气还影响箱内水温升高．
（2）阀门Ⅰ的作用是控制进入水箱的冷水；阀门Ⅱ的作用是控制进入淋浴喷头的热水；阀门Ⅲ的作用是控制进入淋浴喷头的冷水．
通过阀门Ⅱ调节进入淋浴喷头的热水多少、阀门Ⅲ调节进入淋浴喷头的冷水的多少，这样就可以改变淋浴喷头喷出的水的温度．
（3）给热水器上水时，阀门Ⅰ应打开，阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应关闭．洗澡时，阀门Ⅰ应关闭，阀门Ⅱ、阀门Ⅲ应打开．
故答案为：阀门Ⅰ打开，阀门Ⅱ、阀门Ⅲ关闭；阀门Ⅰ关闭，阀门Ⅱ、阀门Ⅲ打开．
（4）水箱距地面高度h=22m．该地区的最低供水水压，
P=P_水+P₀=ρgh+p₀=1.0×10³kg/m³×10N/kg×22m+1×10⁵Pa=3.2×10⁵Pa．
答：该地区的最低供水水压为3.2×10⁵Pa．
（5）水的体积V=100L=0.1m³，水的质量m=ρV=1.0×10³kg/m³×0.1m³=100kg．
水箱内的水吸收的热量
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（45℃-12℃）=1.39×10⁷J．
如果靠煤气燃烧放出这些热量，需完全燃烧的煤气的质量为
m=(Q吸)/(q)=(1.39×107J)/(4.2×107J/kg)=0.33kg．
答：需要燃烧煤气的质量为0.33kg．