Question

11．如圖所示，簡易太陽能熱水器受光面積1.2m²，內(nèi)裝80kg水，太陽每分鐘輻射到1m²面積上的熱量是7.56×10⁴J，如果60%的熱量被水吸收，問：
（1）太陽能熱水器內(nèi)壁為什么涂成黑色？
（2）20℃的水曬3h后水溫能達多少攝氏度？
（3）煤氣的熱值是4.2×10⁷J/kg，若煤氣灶的效率為40%，現(xiàn)改成煤氣灶加熱水，要達到（2）中相同的效果，需燃燒多少千克煤氣？
（4）寫出太陽能熱水器的一個優(yōu)點，一個缺點．

Answer 1

分析 （1）管外壁涂成黑色，是因為黑色表面更易吸收太陽的熱．
（2）已知太陽每分鐘輻射到1m²面積上的熱量是7.56×10⁴J，便可以計算出太陽能熱水器3h得到太陽的輻射熱量Q，已知60%的熱量被水吸收，從而可利用公式Q_吸=Qη求出水吸收的熱量，已知水的質(zhì)量和比熱容，可利用公式△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$計算出溫度變化，已知水的初溫，可利用公式t=△t+t₀計算出末溫．
（3）已知水吸收的熱量和煤氣灶的效率，可利用效率公式計算出煤氣燃燒放出的熱量，已知煤氣的熱值，可利用公式m_氣=$\frac{{Q}_{放}}{q}$計算質(zhì)量；
（4）太陽能的特點是太陽能十分巨大，產(chǎn)生能源總量多，并且供應時間長，分布廣闊，獲取方便，安全清潔，不會給環(huán)境帶來污染；但把水加熱到預定溫度需要較長的時間，并受天氣影響的制約．

解答 解：（1）管外壁涂成黑色，是因為黑色表面對太陽輻射的吸收本領強，更易吸收太陽的熱．
（2）太陽每分鐘輻射到1m²面積上的熱量是7.56×10⁴J，
太陽能熱水器3h得到太陽的輻射熱量：Q=1.2m²×3×60min×7.56×10⁴J/（m²•min）≈1.63×10⁷J，
水吸收的熱量：Q_吸=Qη=1.63×10⁷J×60%=9.78×10⁶J，
由Q_吸=cm△t得，
水升高溫度：△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{9.78×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×80kg}$≈29.1℃，
水的終溫：t=△t+t₀=29.1℃+20℃=49.1℃．
（3）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$得，煤氣燃燒需放出熱量：Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{9.78×1{0}^{6}J}{40%}$=2.445×10⁷J，
由Q_放=mq得，
需要煤氣的質(zhì)量：m_氣=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{2.445×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{7}J/kg}$≈0.58kg；
（4）使用太陽能的優(yōu)點：節(jié)約能源無污染，
缺點：把水加熱到預定溫度需要較長的時間，并受天氣影響的制約．
答：（1）色表面對太陽輻射的吸收本領強；
（2）20℃的水曬3h后水溫能達49.1攝氏度；
（3）改成煤氣灶加熱水，要達到（2）中相同的效果，需燃燒0.58千克煤氣；
（4）優(yōu)點：節(jié)約能源無污染；缺點：把水加熱到預定溫度需要較長的時間，并受天氣影響的制約．

點評 本題通過對太陽能輻射熱的吸收率的理解，及水吸熱的計算，知道利用太陽能的優(yōu)點，解決燃料利用率的問題；通過變形公式△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$計算溫度變化達到了熟練應用熱量公式的目的．