Question

某实验小组同学研究太阳能实验，为了测定夏季中午单位面积、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热箱．器材有内壁涂黑的泡沫箱一只，底面积为1m²；高0.3m；温度计一支；玻璃板一块（正好盖住集热箱并保证箱内气体密封），如图所示放在阳光下（假设正午阳光正好垂直射到地面，当天室温27℃）．按时记录温度计的示数变化，如下表：

时间（分）	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
温度（℃）	27	28	29.5	31	32.5	34.2	35.6	38.5	40	41.3	42

该组同学还查得空气比热C=1000焦/千克?℃，空气密度约为1.29千克/米³．
空气吸收热量的公式为Q=CM△t．根据本实验数据，试求：
（1）地球单位面积、单位时间获得的太阳能？
（2）当温度计温度不再升高时该组同学发现玻璃板和集热箱接触但没有压力，空气刚好没有泄露，要想通过气体的实验定律计算得到集热箱内的最高温度，还需要测出什么物理量？推导出计算公式？
（3）如果此实验中存在误差，说出产生误差的原因．（说出两点）

Answer 1

分析：由于此题的实验是为了测定某地在中午单位面积、单位时间内获得的太阳能，该数据等于气体内能的增加量；
气体的温度升高，它的压强就增大，当玻璃板和集热箱接触但没有压力，空气刚好没有泄露时，刚好是临界条件；
实验的误差包括理论误差和偶然误差，理论误差象容器与外界进行热交换；玻璃板反射了部分太阳光；偶然误差在温度计的读数上．

解答：解：（1）单位时间内获得的太阳能等于气体内能的增加量；
Q=CM△t=5805J 
 E=

Q

t

=

5805

10×60

=9.675J/M²S                  
（2）还要知道大气压P₀和玻璃板地质量m．
当玻璃板和集热箱接触但没有压力时：气体的压强为P，
PS=P₀S+mg
气体从27⁰C开始到最高温度作等体积变化得：

P0

T0

=

P

T

 T=

(P0+ mg S )T0

P0

        
（3）实验的误差包括理论误差和偶然误差，理论误差象容器与外界进行热交换；玻璃板反射了部分太阳光；偶然误差在温度计的读数上．
答：（1）地球单位面积、单位时间获得的太阳能9.675J/M²S； （2）还要知道大气压P₀和玻璃板地质量m． T=

(P0+ mg S )T0

P0

；（3）容器与外界进行热交换；玻璃板反射了部分太阳光．

点评：在解答此类实验探究题时，一定要弄清楚实验的目的，需要测验的物理数据，还要熟悉各种物理仪器的作用和使用方法．