Question

【題目】小明是個很善于把物理知識應用于實際的同學，最近他家中新安裝了天然氣熱水器，如圖所示。小明仔細觀察了包裝箱、熱水器銘牌，獲得了以下信息：

①包裝箱及熱水器的總質量為16kg；

②“堆碼層數極限”標志數為11，即該包裝箱在倉儲時從地面開始，平放時最大堆放層數是11層，超過則可能把最底層的包裝箱壓壞；

③根據包裝箱尺寸計算出平放時的底面積為0．4m2 ；

④加熱模式為“即熱式”。即用熱水器給水加熱時，只要接通開關讓自來水流過熱水器，流出的水即可達到設定的水溫。

他接通熱水器工作開關，當流出40kg熱水時，讓熱水器停止工作。已知當時自來水的溫度是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·℃）。請幫小明解答下列問題：

（1）若在倉儲時堆碼層達到了極限11層，則最下層的包裝箱承受的壓強是多大？

（2）該熱水器的實際效率是多少？

Answer 1

【答案】（1）4×103Pa；（2）87．5%

【解析】

試題分析：（1）一個包裝箱的重力為：G1=mg=16kg×10N/kg= 160N；

則10個包裝箱的重力為：G2=10G1=10×160N=1600N；

則11層時，最下層包裝箱受到的壓強為：p=F/S= G2/S=1600N/0．4m3= 4×103PA．

（2）40kg水從15℃升溫到40℃吸收的熱量：

Q吸= mc（t-t0）=40kg ×4．2×103J/（kg·℃） × （40℃-15℃） = 4．2×106J ；

燃燒0．15m3的天然氣放出的熱量：Q放=Vq=0．15m3×3．2×107J/m3=4．8×106J；

則熱水器的效率：η=Q吸/Q放= 4．2×106J/4．8×106J=0．875=87．5%