小明是个很善于把物理知识应用于实际的同学，最近他家中新安装了天然气热水器，如图所示．小明仔细观察了包装箱、热水器铭牌，获得了以下信息：①包装箱及热水器的总质量为16kg；②

Question

小明是个很善于把物理知识应用于实际的同学，最近他家中新安装了天然气热水器，如图所示．小明仔细观察了包装箱、热水器铭牌，获得了以下信息：

①包装箱及热水器的总质量为16kg；
②“堆码层数极限”标志数为11，即该包装箱在仓储时从地面开始，平放时最大堆放层数是11层，超过则可能把最底层的包装箱压坏；
③根据包装箱尺寸计算出平放时的底面积为0.4m²；
④加热模式为“即热式”．即用热水器给水加热时，只要接通开关让自来水流过热水器，流出的水即可达到设定的水温．
他接通热水器工作开关，当流出40kg热水时，让热水器停止工作．已知当时自来水的温度是15℃，热水器输出的热水温度为40℃，观察天然气表得知共用了0.15m³的天然气，天然气的热值为3.2×10⁷J/m³，水的比热容4.2×10³J/（kg•℃）．请帮小明解答下列问题：
（1）若在仓储时堆码层达到了极限11层，则最下层的包装箱承受的压强是多大？
（2）该热水器的实际效率是多少？

Answer 1

（1）一个包装箱所受的重力：G₁=m₁g=16kg×10N/kg=160N，
在极限11层时，最下层包装箱受到的压力等于上面10层包装箱的总重力，
所以，最下层的包装箱受到的压力：F=G_总=10G₁=10×160N=1600N，
则极限11层时，最下层包装箱受到的压强为：
p=(F)/(S)=(1600N)/(0.4m2)=4×10³Pa；  
（2）水吸收的热量：
Q_吸=c_水m_水△t=4.2×10³J/（kg•℃）×40kg×（40℃-15℃）=4.2×10⁶J；
完全燃烧0.15m³的天然气放出的热量：
Q_放=qV=3.2×10⁷J/m³×0.15m³=4.8×10⁶J；
则热水器的实际效率：
η=(Q吸)/(Q放)×100%=(4.2×106J)/(4.8×106J)×100%=87.5%．
答：（1）若在仓储时堆码层达到了极限11层，则最下层的包装箱承受的压强是4×10³Pa；
（2）该热水器的实际效率是87.5%．