题目内容

8．阅读下面的短文，回答问题．
太阳能热水器
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．它具有安全、节能、环保等优点．
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．
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、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，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）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．
（2）不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是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）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？重力势能变大；内能增大．（需填两种能）
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，求这些水需要吸收的热量为1.68×107J．[水的比热容4.2×103J/（kg?℃）]
（5）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（4）小题中水吸收的热量由该热水器提供，则需要加热的时间为1.5×104秒．

分析 （1）根据能量的转化和转移进行解答；
（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）从高度变化分析重力势能的变化，从温度变化分析物体内能的变化；
（4）知道水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量；
（5）利用水吸收的热量和效率公式求出需要吸收的太阳能，再根据太阳能辐射到地面的平均功率求出加热的时间．

解答 解：
（1）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；
（2）黑色的材料是吸收太阳辐射热，目的是将热量传递给管内的水，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）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，位置变高、重力势能变大；温度升高、内能增大；
（4）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（55℃-15℃）=1.68×107J；
（5）由Q吸=Q太阳′η=PStη得：
加热时间t=$\frac{{Q}_{吸}}{PSη}$=$\frac{1.68×1{0}^{7}J}{1.4×1{0}^{3}W/{m}^{2}×2{m}^{2}×40%}$=1.5×104s．
故答案为：（1）内；（2）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）重力势能变大；内能增大；（4）1.68×107；（5）1.5×104．

点评 本题是一道热学和太阳能的应用的综合计算题，属于中考压轴题，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．

练习册系列答案
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（2）如果（1）中的滑动变阻器滑片P的位置正确，当他们闭合开关S后，却发现小灯泡都不亮，此时电压表、电流表示数分别见表．请根据表中所给的数据，分析产生故障的原因并填入表中的空格内．
组别电流电压U/V故障原因
甲组0.30灯泡短路
乙组03灯泡断路

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