Question

小明是個(gè)很善于把物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的同學(xué)，最近他家中新安裝了天然氣熱水器，如圖所示。小明仔細(xì)觀察了包裝箱、熱水器銘牌，獲得了以下信息：①包裝箱及熱水器的總質(zhì)量為16kg；②“堆碼層數(shù)極限”標(biāo)志數(shù)為11，即該包裝箱在倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)從地面開(kāi)始，平放時(shí)最大堆放層數(shù)是11層，超過(guò)則可能把最底層的包裝箱壓壞；③根據(jù)包裝箱尺寸計(jì)算出平放時(shí)的底面積為0.4m² ；④熱效率為87%。表示該熱水器工作時(shí)，天然氣完全燃燒所消耗的化學(xué)能，有87%的轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能；⑤加熱模式為“即熱式”。即用熱水器給水加熱時(shí)，只要接通開(kāi)關(guān)讓自來(lái)水流過(guò)熱水器，流出的水即可達(dá)到設(shè)定的水溫。

水暖想估測(cè)該熱水器的實(shí)際熱效率，以核對(duì)銘牌上的數(shù)值是否準(zhǔn)確。他接通熱水器工作開(kāi)關(guān)，當(dāng)流出40kg熱水時(shí)，讓熱水器停止工作。已知當(dāng)時(shí)自來(lái)水的溫度是15℃，熱水器輸出的熱水溫度為40℃，觀察天然氣表得知共用了0.15m³的天然氣，天然氣的熱值為3.2×10⁷J/m³，水的比熱容4.2×10³J/(kg·℃),g取10N/kg。

請(qǐng)幫小明解答下列問(wèn)題：

（1）若在倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)堆碼層達(dá)到了極限11層，則最下層的包裝箱承受的壓強(qiáng)是多大？

（2）小明在估測(cè)過(guò)程中，①流過(guò)熱水器的水吸收的熱量是多少？②天然氣完全燃燒釋放的熱量是多少？

（3）該熱水器的實(shí)際效率是多少？

        

Answer 1

解：（1）堆碼層數(shù)達(dá)到11層時(shí)，最下層的包裝箱承受著上面10層的壓力，其大小為：F=G=m_總g=10×16kg×10N/kg=1600N; ………………..2分

受力面積為：S=0.4m²，所以承受的壓強(qiáng)為：…….2分

（2）①流過(guò)該熱水器的水吸收的熱量為：

Q_吸=c_水m_水(t-t₀)=4.2×10³J/(kg·℃)×40kg×(40℃-15℃)=4.2×10⁶J; ……2分

②天然氣完全燃燒釋放的熱量為：

Q_放=q_氣V_氣=3.2×10⁷J/m³×0.15m³=4.8×10⁶J; …………………..2分

(3)該熱水器的實(shí)際熱效率為：

…………………………………………..2分