Question

18．有一种太阳能热水器，铭牌上的部分参数如下表所示．并装满水将它安装在阳光充足的水平台面上

型     号	JL-88
水容量/L	80
自身质量/kg	40

（1）若它的底部支架与水平台面的接触面积为0.2m²，求它对台面的压力和压强．（取g=10N/kg ）
（2）盐城地区（晴天）平均每平方米的面积上，每小时接收的太阳能约为2.8×10⁶ J．若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5m²，每天日照时间按8h计算，则它一天中接收的太阳能（E）约为多少？若这些太阳能有60%被热水器中的水吸收，则可使水温升高多少？
（3）若该热水器一天中接收的太阳能，由燃烧煤气（热值q=4.2x10⁷J/kg ）获得，则需要完全燃烧多少千克煤气？
（4）请你：①从能源和可持续发展的角度，说出提倡开发利用太阳能的两点主要理由；②说出当前在利用太阳能方面所面临的某一主要困难．（可从自然因素或技术因素等方面思考）

Answer 1

分析 （1）首先根据表中水的容量和容器质量来计算出水的重力和容器重力，水重力与容器重力之和就是对台面的压力，然后除以接触面积，就可计算对台面的压强．
（2）首先计算1.5m²每小时接收的太阳能，然后乘以每天日照时间按8h，就可计算出一天中接收的太阳能；一天中接收的太阳能乘以效率就是被水吸收的热量，最后根据热量的变形公式，计算升高的温度．
（3）根据Q_放=mq的变形公式来计算燃烧煤气的质量．
（4）根据自己所知道的关于太阳能的利用方面知识来回答问题．

解答 解：
（1）根据G=mg和$ρ=\frac{m}{V}$可得水的重力：
G_水=m_水g=ρ_水V_水g=1.0×10³kg/m³×80×10^-3m³×10N/kg=800N；
对台面的压力：
F=G_器+G_水=800N+40kg×10N/kg=1200N；
对台面的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1200N}{0.2{m}^{2}}$=6×10³Pa；
（2）热水器接收到的太阳能：E=2.8×10⁶×1.5×8J=3.36×10⁷J；
根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$可得，水吸收的热量：
Q_吸=ηE=60%×3.36×10⁷J=2.016×10⁷J；
由Q_吸=cm（t-t₀）（或“Q_吸=cm△t”）得升高的温度：
△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{2.016×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×80kg}$=60℃；
（3）根据Q_放=mq可得，需要煤气的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{E}{q}$=$\frac{3.36×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{7}J}$=0.8kg；
（4）①利用太阳能可节约化石类能源，减少环境污染；②受天气影响；转换效率低，提供的功率小．
答：（1）它对台面的压力为1200N，压强为6×10³Pa．
（2）一天中接收的太阳能（E）约为3.36×10⁷J；这些太阳能有60%被热水器中的水吸收，则可使水温升高60℃．
（3）需要完全燃烧0.8kg煤气．
（4）①利用太阳能可节约化石类能源，减少环境污染；②受天气影响，而且转换效率低，提供的功率小．

点评 这是一道综合性很强的题目，要求知识的系统性要很强才能完成题目的解答．对于大型计算题要注意两点：（1）公式及变形公式的正确运用；（2）知识与知识的内在联系．