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

一次能源

 （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

變小

（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

黑色吸熱能力強(qiáng)

．
（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

分析：（1）根據(jù)產(chǎn)生的方式可分為一次能源（天然能源）和二次能源（人工能源）．一次能源是指自然界中以天然形式存在并沒有經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能量資源，一次能源包括可再生能源和不可再生能源；玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度變小；
（2）根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移進(jìn)行解答；
（3）知道水的質(zhì)量、水的比熱容、水的初溫和末溫，利用吸熱公式Q_吸=cm△t求水吸收的熱量；
（4）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．

解答：解：（1）太陽能屬于一次能源，玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度變�。�
（2）黑色吸熱能力強(qiáng)，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；
（3）水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×50℃=2.1×10⁷J；
（4）熱水器每秒水吸收的熱量：
Q_吸′=Pst×40%=1.4×10³W/（s?m²）×2m²×1s×40%=1.12×10³J，
∴加熱時(shí)間：
t=

2.1×107J

1.12×103J/s

=18750s≈5.2h．
故答案為：（1）一次能源，變��；
（2）黑色吸熱能力強(qiáng)；
（3）水吸收的熱量為2.1×10⁷J；
（4）加熱時(shí)間為5.2h．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道電學(xué)和熱學(xué)的綜合計(jì)算題，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．