Question

下表是某品牌电辅助加热式太阳能热水器的部分参数，假设热水器接收到的太阳能有80%被水吸收．试求：

保温水箱容积（L）		150
采光面积（m2）		2.5
水温（℃）	夏天	45～90
	冬天	30～60
电热管	电压220V	功率2000W

（1）夏天用温度为20℃的水将保温箱充满，在最好的日光充分照射下，当水温恰好达到最高时，需要吸收多少太阳能？[C_水=4.2×10³J/（kg?℃）]
（2）冬天晚间无阳光时用电热管加热，保温箱充满水使水温由10℃升高到50℃，在电热管不计热量损失的情况下需加热多长时间？
（3）请简要说出一条太阳能热水器的优点．

Answer 1

分析：（1）先利用密度公式m=ρV求出水的质量，再根据吸热公式Q_吸=Cm（t-t₀）求出水吸收的热量；然后根据热水器接收到的太阳的效率计算太阳能热水器吸收的太阳能．
（2）电热管不计热量损失的情况下，先计算保温箱里的水温度由10℃升高到50℃吸收的热量，再计算这些热量由电热管加热需多长时间．
（3）比较太阳能热水器与普通的电热水器、煤气热水器的不同，可知太阳能热水器的优点．

解答：解：（1）保温箱充满水时：
水的质量m=ρ_水V=1.0×10³kg/m³×150×10^-3m³=150kg；
当最好的日光充分照射下，水温达到最高值，t=90℃，
∴Q_吸=C_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×150kg×（90℃-20℃）=4.41×10⁷J；
∵太阳能有80%被水吸收；
∴Q太阳=

Q吸

80%

=

4.41×107J

80%

=5.51×107J；
答：在最好的日光充分照射下，当水温恰好达到最高时，需要吸收5.51×10⁷J的太阳能．
（2）保温箱充满水使水温由10℃升高到50℃吸收的热量为：
Q_吸1=C_水m（t₁-t₀₁）=4.2×10³J/（kg?℃）×150kg×（50℃-10℃）=2.52×10⁷J；
∵Q_吸1=Q_电=pt；
∴t=

Q吸1

P

=

2.52×107J

2000W

=1.26×104s=3.5h；
答：保温箱充满水使水温由10℃升高到50℃，在电热管不计热量损失的情况下需加热3.5小时．
（3）普通的电热水器需消耗电能，煤气热水器需消耗煤气、燃烧时会产生废气污染空气，而太阳能热水器都避免这些，具有节能、无污染、环保、高效利用太阳能．
答：太阳能热水器的优点是：节能、无污染、环保、高效利用太阳能．

点评：本题考查了学生热量的计算和能量的利用率的运用，进一步了解太阳能在生活中的应用，解答时注意计算题的格式和公式的单位统一．