Question

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太陽能熱水器
太陽能熱水器能利用太陽能把水從低溫加熱到高溫，以滿足人們?nèi)粘Ｉ�活的需要。它具有安全、�?jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

如圖甲所示，太陽能熱水器主要由兩部分構(gòu)成：一部分是由許多根玻璃吸熱管組成的集熱器，每根玻璃吸熱管由雙層玻璃管組成，雙層玻璃管之間是真空。如圖乙所示是玻璃吸熱管的工作原理圖，它的結(jié)構(gòu)與保溫瓶的玻璃內(nèi)膽相似，只是在玻璃吸熱管的內(nèi)表面涂了一層黑色的吸熱材料；另一部分是保溫儲(chǔ)水箱，保溫儲(chǔ)水箱下部與玻璃吸熱管相通。
玻璃吸熱管工作原理如圖25乙所示：當(dāng)太陽光入射到黑色的吸熱層上時(shí)，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，將管內(nèi)的水加熱。向光一側(cè)的水被加熱后體積增大、密度變小而向上運(yùn)動(dòng)；背光一側(cè)的水由于溫度較低、密度較大而向下運(yùn)動(dòng)，形成冷熱水循環(huán)，最終整箱水都升高至一定的溫度。玻璃吸熱管具有吸熱保溫作用。
請(qǐng)回答以下問題：
（1）太陽能屬于_____ (選擇“一次能源”或“二次能源”)。玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度_______（選填“變大”“不變”“變小”）。
（2）玻璃吸熱管內(nèi)表面為何涂成黑色，請(qǐng)說明理由_____。
（3）將質(zhì)量為100kg的水溫度升高了50℃，求這些水需要吸收多少熱量？[水的比熱容是4.2×10³J/（kg·℃）]
（4）某品牌太陽能熱水器集熱器面積為S=2m²，熱效率為η=40%（即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的40%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能），該地點(diǎn)太陽能輻射到地面的平均功率為P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒鐘太陽輻射能為1.4×10³J）。在第（3）小題中水吸收的熱量由該熱水器提供，求需要加熱多少時(shí)間？

Answer 1

（1） 一次能源， 小
（2）黑色吸熱能力強(qiáng)
（3）水吸收的熱量： 2.1×10⁷J
（4）18750s或約5.2h  

解析試題分析：太陽能屬于直接從自然界獲得的能源，是一次能源；不能將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面，因?yàn)椴Ａ�是熱的不良�?dǎo)體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內(nèi)的水；
水吸收的熱量：Q_吸＝cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×50℃＝2.1×10⁷J
根據(jù)題意可求每秒水吸收的熱量，又知道水吸收的熱量，求需要的加熱時(shí)間：Q_放= Q_吸/η=2.1×10⁷J/0.4=5.25×10⁷J   
P_總=1.4×10³W/m²×2 m²=2.8×10³W
t = Q_放/ P_總=5.25×10⁷J/2.8×10³W=18750s或約5.2h  
考點(diǎn)：電功與熱量的綜合計(jì)算
點(diǎn)評(píng)：本題是一道電學(xué)和熱學(xué)的綜合計(jì)算題，屬于中考?jí)狠S題，對(duì)學(xué)生的公式應(yīng)用能力和綜合計(jì)算能力要求比較高．體現(xiàn)了物理來源于生活，服務(wù)于社會(huì)的新課程理念。