Question

（2013?郑州二模）如图是太阳能热水器的装置图．它主要是由太阳能吸热板和补水箱等组成，它利用水的对流与循环把水加热．补水箱内装40kg水．如果每分钟吸热板吸收太阳辐射的能量为8.4×10⁴J．其中50%被水吸收[C_水=4.2×10³J/（kg?℃）]．求：
（1）太阳能热水器工作时把太阳能转化为水的

内

能．
（2）补水箱里20℃的水经吸热板加热1小时水温为多少？
（3）若阴雨天改用电热器（标有“220V  1000W”）加热到同样的温度，需耗电多少度？用多长时间？（不计热量损失）
（4）你认为太阳能的吸热板应该做成

黑

色的，原因是

黑色吸热能力最强

．

Answer 1

分析：（1）人类目前对太阳能的利用有两种方式：加热物体，利用光热转换装置将太阳能转化为内能；发电，利用光电转换装置将太阳能转化为电能．
（2）太阳能不是全部被水吸收，只有60%被吸收，所以需要利用机械效率的公式对有用功进行计算．
根据热量公式Q_太=cm△t，对水升高温度进行计算，注意求出水的末温．
（3）用电热器加热，要使这些水升高同样的温度，不计热损失，W=Q_吸，知道加热功率，利用t=

W

P

求加热时间．
（4）不同颜色吸热能力不同，黑色吸热能力最强．

解答：解：（1）太阳能热水器是利用太阳能加热水，使水的内能增加，温度升高，将太阳能转化为水的内能．
（2）Q_太=8.4×10⁴J×60min=5.04×10⁶J
Q_吸=50%×Q_太=0.5×5.04×10⁶J=2.52×10⁶J
由Q_吸=cm（t-t₀），得：
t=

Q吸

cm

+t₀=

2.52×106J

4.2×103J/(kg?℃)×40kg

+20℃=35℃；
（2）由题知，W=Q_吸=2.52×10⁶J=7kW?h=7度；
∵P=

W

t

，
电热器要工作时间：
t=

W

P

=

7kW?h

1kW

=7h．
（4）因为黑色吸热效果最好，因此太阳能的吸热板应该做成黑色的．
故答案为：（1）内；
（2）补水箱里20℃的水经吸热板加热1小时水温为35℃；
（3）需耗7度电，用7h的时间；
（4）黑色；黑色吸热能力最强．

点评：本题考查设计的相关知识，对学生的公式应用能力和综合计算能力要求比较高．体现了物理来源于生活，服务于社会的新课程理念．