Question

3．小陈观察家中新安装的天然气热水器铭牌（如图），获得如下信息：热效率为88%，表示该热水器工作时，天然气完全燃烧时有88%的化学能转化为水的内能，小陈为了核对铭牌上的数据是否准确，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．已知热水器输入冷水温度是15℃，输出的热水温度为40℃，观察天然气表得知用了0.15m³的天然气，天然气的热值为3.2×10⁷J/m³．求：
（1）测量过程中，流过热水器的水吸收的热量是多少？
（2）该热水器的实际效率是多少？
（3）若改用太阳能热水器烧水，热水器集热管的采光面积为1.5m²，太阳能热水器热效率为40%．太阳光的日照强度（E）为1.0×10³J/（m²•s）（日照强度表示每平方米面积上1秒钟得到的太阳光的能量）．则太阳能热水器需要照射多少秒才能达到上述测量中水吸收的热量？

Answer 1

分析 （1）根据Q=cm△t求出水吸收的热量．
（2）先根据Q=qV求出天然气完全燃烧放出的热量，然后利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$×100%求出热水器的热效率．
（3）已知太阳光的日照强度，以及热水器集热管的采光面积，太阳能热水器热效率，根据（1）求得的水吸收的热量，列出等式求解时间．

解答 解：（1）热水器中的水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×40kg×（40℃-15℃）=4.2×10⁶J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：
Q_放=qV=3.2×10⁷J/m³×0.15m³=4.8×10⁶J；
热水器的热效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{4.2×1{0}^{6}J}{4.8×1{0}^{6}J}$×100%=87.5%．
（3）由题意可得，ηSE=Q_吸t，
即40%×1.5m²×1.0×10³J/（m²•s）=4.2×10⁶J×t，
解得t=700s．
答：（1）水吸收的热量是4.2×10⁶J；
（2）该热水器的实际效率是87.5%；
（3）太阳能热水器需要照射700秒才能达到上述测量中水吸收的热量．

点评 本题为热量的综合计算题，考查了学生对燃料燃烧放出热量公式、热效率公式的理解和灵活运用，属于中档题．