Question

太阳能是一种理想的绿色能源．小华家最近安装了一台太阳能热水器，如右图是其室内进出水管的安装示意图，Ⅰ为进水阀，Ⅱ为出水阀，Ⅲ为调温阀．在水箱接口处有一根进出水管，一根溢流管，一根排气管．给水箱上冷水或沐浴时用热水，均通过这根进出水管来完成．请完成下列问题：
（1）给水箱上水时I应处于______、Ⅱ应处于______（填“打开”或“关闭”）此时水塔、自来水管与热水器的水箱、排气管、溢流管它们共同构成的物理模型是______．
（2）若水箱安装在七楼楼顶上，且水箱距楼顶地面高1米，小华家住二楼，进水阀距二楼地面高1米，每层楼高3米，则在进水阀处水压强至少为多大，才能顺利上水．
（3）水箱（箱的容积为24L）中的水温在冬天有时不够高，一般都预装了电加热器．若该电加热器的规格为“220V 2.4KW”，若不计热损失，正常状态下要把满箱水温度提高10℃，需加热多少分钟？（水的密度为1.0×10³kg/m³，水的比热容为4.2×10³J/kg℃）

Answer

（1）分析图，要上水，要闭合阀门Ⅱ、Ⅲ，打开阀门Ⅰ；洗澡时，热水从上面下来和冷水混合使用，要闭合阀门Ⅰ，打开阀门Ⅱ、Ⅲ；同时水塔、自来水管与热水器的水箱、排气管、溢流管这几个底部相连通的容器构成连通器；
（2）确定二楼进水阀处的深度，根据液体压强公式求此处水管内的水产生的压强，再加上大气压就是要求的在进水阀处的最小水压；
（3）利用公式m=ρV求出水箱里水的质量，再利用Q吸=cm△t求出把满箱水温度提高10℃需吸收的热量，因这些热量由电加热器来加热提供，根据公式t==即可求需加热的时间．
【解析】
（1）如图，阀门Ⅰ打开，阀门Ⅱ、Ⅲ关闭，给水箱上水；阀门Ⅰ关闭，阀门Ⅱ、Ⅲ打开，上面来的热水和下面来的冷水混合，供热洗澡用；此时水塔、自来水管与热水器的水箱、排气管、溢流管它们共同构成的物理模型是连通器；
故答案为：打开；关闭；连通器．
（2）排水阀到太阳能热水器水面的高度：
h=3m×（7-1）-1m+1m=18m，
太阳能热水器的水在排水阀处产生的压强：
P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×18m=1.8×105Pa，
进水口处最小水压：
P小=P=1.8×105Pa；
答：在进水阀处水压强至少为1.8×105Pa，才能顺利上水；
（3）水箱（箱的容积为24L）中的水的质量：
m=ρv=1.0×103kg/m3×24×10-3m3=24kg，
把满箱水温度提高10℃需吸收的热量为
Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg•℃）×24kg×10℃
=1.008×106J，
这些热量由电加热器来加热提供，所以W=Q放=Q吸=1.008×106J，
需加热的时间t===420s=7min，
答：把满箱水温度提高10℃，需加热7分钟．