题目内容
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要．如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空．如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通．
玻璃吸热管工作原理如图乙所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热．向光一侧的水被加热后体积增大，向上运动；背光一侧的水由于温度较低，向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度．玻璃吸热管具有吸热保温作用．
请回答以下问题：
（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度
（2）能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上？简单说明理由．
（3）将质量为100kg的初温为20℃的水加热到60℃，求这些水需要吸收多少热量？[水的比热容是4.2×103J/（kg?℃）]
（4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m2，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4×103W/m2（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×103J）．在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热多长时间？
玻璃吸热管工作原理如图乙所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热．向光一侧的水被加热后体积增大，向上运动；背光一侧的水由于温度较低，向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度．玻璃吸热管具有吸热保温作用．
请回答以下问题：
（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度
变小
变小
（选填“变大”、“不变”或“变小”）．（2）能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上？简单说明理由．
不能，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水
不能，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水
．（3）将质量为100kg的初温为20℃的水加热到60℃，求这些水需要吸收多少热量？[水的比热容是4.2×103J/（kg?℃）]
（4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m2，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4×103W/m2（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×103J）．在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热多长时间？
分析：（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大，质量不变，根据密度公式可知密度的变化；
（2）玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料，吸收太阳辐射热，传递给水，水吸热温度升高；若将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm（t-t0）求水吸收的热量；
（4）根据题意可求每秒水吸收的热量，又知道水吸收的热量，求需要的加热时间．
（2）玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料，吸收太阳辐射热，传递给水，水吸热温度升高；若将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm（t-t0）求水吸收的热量；
（4）根据题意可求每秒水吸收的热量，又知道水吸收的热量，求需要的加热时间．
解答：解：（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大，质量不变，由ρ=
可知密度变小；
（2）不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）水吸收的热量：
Q吸=cm（t-t0）
=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×（60℃-20℃）
=1.68×107J；
（4）热水器每秒水吸收的热量：
Q吸′=Pst×40%=1.4×103W/m2×2m2×1s×40%=1120J，
∴加热时间：
t=
=
=15000s≈4.2h．
答：（1）变小；
（2）不能，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）这些水需要吸收的热量为1.68×107J；
（4）需要加热4.2h．
| m |
| V |
（2）不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）水吸收的热量：
Q吸=cm（t-t0）
=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×（60℃-20℃）
=1.68×107J；
（4）热水器每秒水吸收的热量：
Q吸′=Pst×40%=1.4×103W/m2×2m2×1s×40%=1120J，
∴加热时间：
t=
| Q吸 |
| Q吸′ |
| 1.68×107J |
| 1120J/s |
答：（1）变小；
（2）不能，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）这些水需要吸收的热量为1.68×107J；
（4）需要加热4.2h．
点评：本题考查了学生对密度公式、吸热公式和能量的利用率的运用，要学会审题，从复杂的题干中搜集有用信息，计算时注意温度升高了（△t）、升高（△t）和升高到（末温）的区别．
练习册系列答案
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阅读材料，回答问题．
D．以上都是
倍
