Question

12．某研究小组为测量垂直于太阳光的面积为1m²表面上，每秒钟接受到的太阳能，用自制太阳能热水器做实验．经多次试验得到自制太阳能热水器吸收太阳能的效率为50%．控制太阳能热水器接受太阳光垂直照射的面积始终是2m²，热水器内水的质量为100kg，水的初温为20℃，经2h25min 50s时间后上升到45℃．请计算：
（1）在上述时间段内太阳能热水器内的水吸收热量是多少焦耳？
（2）垂直于太阳光的1m²表面上，每秒钟接受到的太阳能是多少焦耳？

Answer 1

分析 （1）已知水的质量与初末温度，由热量公式可以求出水所吸收的热量．
（2）根据吸收效率求出总的太阳能，水吸收的热量处于受光面积与光照时间，可以求出1m²表面上，每秒钟接受到的太阳能．

解答 解：（1）太阳能热水器内水吸收的热量：
Q_吸=cm（t₂-t₁）=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（45℃-20℃）=1.05×10⁷J；
（2）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{Q}$×100%可得，太阳能热水器接收到的太阳能：
Q=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.05×1{0}^{7}J}{50%}$=2.1×10⁷J，
则垂直于太阳光的1m²表面上，每秒钟接受到的太阳能：
$\frac{Q}{St}$=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{2{m}^{2}×（2×3600s+25×60s+50s）}$=1200J/（m²•s），
垂直于太阳光的1m²表面上，每秒钟接受到的太阳能是1200J．
答：（1）太阳能热水器内的水吸收热量是1.05×10⁷J．
（2）垂直于太阳光的1m²表面上，每秒钟接受到的太阳能是1200J．

点评 本题考查了求水吸收的热量、单位时间单位面积上的太阳能，应用热量公式即可正确解题．