解:(1)采用双层并将两层间抽成真空,以减少由于空气对流和传导而引起的热损失,管内壁涂成银色,都是为了防止管内热水向外散热;管外壁涂成黑色,是因为黑色表面更易吸收太阳的热.
(2)集热器中水的质量:
m=ρV=1.0×10
3kg/m
3×100×10
-3m
3=100kg
燃烧煤气放出的热量等于水吸收的热量:
Q=Q
吸=cm(t-t
0)=4.2×10
3J/(kg?℃)×100kg×(65℃-15℃)=2.1×10
7J
需要完全燃烧煤气的体积:
v
煤气=
=
=0.525m
3(3)加热器的额定功率:P
额=2.4kW=2400W
电加热器的电阻:
R=
=
=20Ω
电加热器的实际功率:
P
实=
=
=2000W
W=Q
吸=2.1×10
7J
故用电加热的时间为:
t=
=
=1.1×10
4s=3.1h
(4)克服重力做的功就是增加的机械能:
W=Gh=mgh=100kg×10N/kg×20m=2×10
4J
故答案为:(1)这样做的目的是:采用双层并将两层间抽成真空,以减少由于空气对流和传导而引起的热损失,管内壁涂成银色,都是为了防止管内热水向外散热;管外壁涂成黑色,是因为黑色表面更易吸收太阳的热.
(2)0.525m
3;(3)3.1h;(4)2×10
4J
分析:(1)热水器集热管采用双层结构并将内外玻璃管之间抽成真空,形成真空度为0.05Pa的真空夹层,以减少由于空气对流和传导而引起的热损失,这与热水瓶的原理相似;管内壁涂成银色,都是为了防止管内热水向外散热;管外壁涂成黑色,是因为黑色表面更易吸收太阳的热.
(2)首先利用公式m=ρv计算出水的质量,然后根据公式Q
吸=cm(t-t
0)计算出水吸收的热量,再根据公式v=Q/q计算出燃烧煤气的体积.
(3)因为当时的电压达不到电加热器的额定电压,因此要首先计算出它的实际功率P
实=
,再用公式W=Q
吸=P
实t计算出加热的时间.
(4)机械能的改变可以用做功的多少去衡量,因此克服水的重力做了多少功,机械能就会增加多少.
点评:此题主要考查电和热的综合计算能力,属于中考压轴题,对学生的公式应用能力和综合计算能力要求比较高.