Question

(2009全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽題)在一些農(nóng)村地區(qū)建造的沼氣池，通過(guò)將農(nóng)村大量的秸稈、人畜糞便發(fā)酵來(lái)獲取沼氣，利用沼氣來(lái)燒火做飯，點(diǎn)燈照明。沼氣池的應(yīng)用，不僅使上述資源得以更好的利用，同時(shí)也給生活帶來(lái)了諸多便利，使環(huán)境得以改善。這是一個(gè)一舉多得的惠民工程。圖9所示為一農(nóng)戶的水壓式沼氣池的剖面簡(jiǎn)圖。

說(shuō)明：1．沼氣池 2．水壓池 3．進(jìn)料口 4．密封蓋 5．輸氣管 6．貯氣室 7．沼氣壓力顯示器 8．總閥門(mén) 9．U形管壓強(qiáng)計(jì)(里面裝有染成紅色的水) l0．出料口蓋板(不密封水壓池，水壓池仍與外面大氣相通) 11．閥門(mén)

已知該農(nóng)戶家燃?xì)庠畹南嚓P(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

使用燃料	液化石油氣	天然氣	人工煤氣	人工沼氣
灶前壓強(qiáng)(kPa)	2.8	2.0	1.0	0.5
額定熱流量（kW)	普通爐	左：3.6	組合爐	左：3.6
右：4.0	右：3.6
單爐	4.0

取g=10 N／kg，水的比熱容c_水=4.2×l0³J／(kg·℃)

（1）．根據(jù)圖9所示，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，該農(nóng)戶此時(shí)能否使用這個(gè)沼氣池中的沼氣來(lái)正常燒火做飯?

（2）．有一天，該農(nóng)戶發(fā)現(xiàn)，沼氣壓強(qiáng)小于燃?xì)庠畹囊�求。為了能盡快利用沼氣生火做飯，從物理學(xué)的角度看，可采取哪些措施?

（3）．若該農(nóng)戶所用的燃?xì)庠钍瞧胀�爐，通常情況下，普通爐中的右爐單獨(dú)正常工作時(shí)，將一壺質(zhì)量為2.5 kg、溫度為20℃的水燒開(kāi)，耗時(shí)約10 min。試估算右爐燒水的效率。

（4）．請(qǐng)你就如何提高燃?xì)庠畹男�率�?wèn)題談淡你的設(shè)想。

Answer 1

解析：（1）.灶前沼氣的壓強(qiáng)p=ρ_水gh_水=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.06m=6.0×10²Pa=0.6kPa

因?yàn)閜>0.5kPa，因此可以使用這個(gè)沼氣池中的沼氣來(lái)正常燒火做飯。

（2）.可采取的措施有：通過(guò)進(jìn)料口向沼氣池中加水、加料或向水壓池中加水等。如果通過(guò)進(jìn)料口向沼氣池中加適量的熱水，則效果更佳。

(3).一般說(shuō)來(lái)，燃?xì)庠钫�常工作時(shí)，燃?xì)獾娜紵�是很充分的，我們可以視為燃�(xì)馔耆�燃燒；再把�?dāng)時(shí)的大氣壓看作是1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

   水吸收的熱量 Q_吸=c_水m_水△t_水=4.2×10³×2.5×（100—20）J=8.4×10⁵J.

    燃?xì)庠钏�放出的熱�?Q放=Pt=4.0×10³×10×60J=2.4×10⁶

   右爐燒水的效率η=×100%=×100%=35%。

(4.)提高燃?xì)庠顭嵝�率的設(shè)想如下：適當(dāng)選用額定流量較大的爐具以縮短加熱時(shí)間，從而縮短向環(huán)境散熱時(shí)間，以減少熱損失；及時(shí)清除水壺底部的水垢，以加快熱傳遞；燒水時(shí)，水壺最好加蓋。