初中物理竞赛：压强、比热容、热值综合题

小华同学为了节能和方便家人洗澡，用废弃的汽油桶在房顶上自制了一个简易太阳能热水器，图2是安装示意图。在水箱上下安有两根管子，其中一根是进出水管，给热水器上冷水或淋浴时用热水，都是通过进出水管来完成，室内进出水管上安有三个阀门。

若当地的大气压强有P0=100000Pa，请回答下列问题：

（1）小华为什么要在热水器上方安装一根与大气相通的管子A？

（2）根据阀门I、II、III的位置，说明它们的作用是什么？如何调节喷头出水的温度？

（3）给热水器上冷水时，阀门I、II、III应当处于何种状态？洗澡时，阀门I、II、III应当处于何种状态？

（4）如果小华同学住的居民楼层高为3m，他家的热水器安装在七楼楼顶上，且距距楼顶高1m，那么该地区的水压至少为多大，才能顺利为热水器上水？

（5）设热水器水箱容积为100L，在一般的光照条件下，一满箱12℃的水经白天太阳的加热温度可达到45℃，这相当于多少煤气完全燃烧放出的热量？[已知水的比热容为4.2×10³J/(kg·℃)，煤气的热值约为4.2×10的7次方J/kg]

题目比较长，竞赛题大多长这样，

（1）上方的管子A是与大气相连，当热水器中的水吸收太阳能后，内能增加，会导致热水器内部压强增大，若上方密封，则会致使内部压强越来越大，所以需要管子A来平衡压强。（其实就和家庭使用的太阳能热水器一样，上方都有一个透气管，常说密封了会爆炸的）

（2）阀门I也就是平时所谓的储水阀门，作用就是让水进入热水器中储存起来；

阀门II和阀门III就是我们平时所说的热水和冷水开关，那么阀门II肯定是控制热水的，阀门III就控制冷水了。

要调节出水温度，只需要调节阀门II和阀门III即可；

（3）那么众所周知，给太阳能上冷水的时候，阀门I打开，其他的阀门要关闭；洗澡的时候，阀门I肯定是要关着的，那么阀门II和III就是用来调节冷热程度的。

（4）根据题干可知热水器的高度为20m，所以P=ρgh，

即P=1.0×10³×10×20=2×10的5次方Pa；

（5）水的质量m=ρV=100kg，温差为△t=45-12=33℃，

吸收的热量Q=cm△t=4.2×10³×100×33=1.386×10的7次方J；

所以m煤气=Q/q=13860000/42000000=0.33kg；