Question

人类正积极开发和利用太阳能，如太阳能热水器、太阳能电池等．小颖想测出地球表面接收到太阳能的总功率．
（1）天气晴朗时，小颖测得太阳能热水器1h内平均能使质量为36kg的水从20℃升高到30℃，则水吸收了多少热量？[c_水=4.2×10³J/（kg?℃）]
（2）小颖查得热水器接收太阳能的总有效面积为1.2m²，热水器能把接收到的太阳能的50%转变为水的内能，则这台热水器每平方米的面积上接收太阳能的平均功率是多少？
（3）已知地球接收太阳能的总有效面积为1.3×10¹⁴m²，则地球表面接收到太阳能的总功率为多少？小颖查阅相关资料获知，辐射到地球的太阳能总功率为1.7×10¹⁷w，与她计算得到的功率相差较大，试分析原因是什么？

Answer 1

分析：（1）根据热量的计算公式为Q=cm△t，从而计算出水吸收了多少的热量．
（2）太阳能的有效能量转变为水的内能即水吸收的热量，所以50%E=Q_水吸，从而计算出太阳能释放的能量，又因为W=Pt，则可以得出太阳能的功率．
（3）根据上题中太阳能的平均功率，P_总=PS，从而计算出太阳能总功率．
当光遇到物体的表面都会发生反射，光从一种介质斜射入另一种介质时，会发生折射．
大气层的稀疏程度不同，因而光会在大气层中发生折射．

解答：解：（1）水吸收的热量为：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×36kg×（30℃-20℃）=1.512×10⁶J．
（2）1h内1.2m²太阳能热水器接收的能量：
E=

Q

η

=

1.512×106J

50%

=3.024×10⁶J，
1m²接收的能量是：
W=

3.024×106J

1.2m2

=2.52×10⁶J，
功率：
P=

W

t

=

2.52×106J

3600s

=700W．
（3）P_总=PS=700W×1.3×10¹⁴m²=9.1×10¹⁶W，
计算得到的功率相差较大，原因是由于太阳在穿过大气层时会发生折射和反射，太阳辐射到地球的能量被大气层反射和吸收．
答：（1）水吸收了1.512×10⁶J的热量．
（2）这台热水器每平方米的面积上接收太阳能的平均功率是700W．
（3）地球表面接收到太阳能的总功率为9.1×10¹⁶W，原因是太阳辐射到地球的能量被大气层反射和吸收．

点评：本题不仅考查了对热量的计算还考查了对功及功率的计算，以及光的折射及反射现象的应用．