Question

9．太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的装置，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用．如图，是一台容积为100L的太阳能热水器．
（1）太阳能是可再生能源（填“可再生”或“不可再生”）．太阳的巨大能量来自于太阳内部的核聚变反应．
（2）太阳能热水器加满水，水的质量是多大？
（3）水温由18℃升高到78℃，则热水器中的水吸收了多少热量？
【不计电热水器的热量损失，c_水=4.2×10³J/（Kg•℃）】
（4）该热水器的说明书中介绍，真空管热水器可以把90%的太阳能转化为水的内能，真有这么高的效率吗？小周查阅资料知道，他们所在地区单位受光面积上接收太阳能的功率为P，小周还需要测量哪些物理量，并运用本题计算出的热量Q，就可估测出这台热水器的光热转化效率？写出效率η的表达式．（用代表物理量的字母表示，不需计算具体数据）

Answer 1

分析 （1）太阳能是可以源源不断的从自然界得到的能源，是可再生能源；太阳能来自于太阳内部的核聚变反应，聚变又叫热核反应；
（2）由ρ=$\frac{m}{V}$变形可求得水的质量；
（3）根据Q=C_水m（t₂-t₁）求出水吸收的热量，这些热量若有电热器来加热，需要消耗同样多的电能，将单位换算为kw•h．
（4）单位受光面积上接收太阳能的功率乘以光照时间和受光面积就是吸收的太阳能．
光热转化效率等于水吸收的热量和太阳能热水器吸收太阳能的比值．

解答 解：（1）太阳光可以源源不断的从自然界得到，是可再生能源．太阳能来自于太阳内部的核聚变（热核反应）．
（2）水的体积V=100L=100dm³=0.1m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的总质量：m=ρV=1×10³kg/m³×0.1m³=100kg；
（3）水吸收的热量：Q=c_水m（t₂一t₁）=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（78-18）℃=2.52×10⁷J；
（4）测出太阳能热水器的有效受光面积S和两次水温记录之间的光照时间t．
光热转化效率：η=$\frac{Q}{PtS}$×100%．
答：（1）可再生；核聚变；
（2）水的总质量为100kg；
（3）热水器中的水吸收了2.52×10⁷J热量；
（4）η=$\frac{Q}{PtS}$×100%．

点评 此题考查的是可再生能源的特点、吸收热量以及转化效率的计算等．是一道比较难的综合题，需要同学们认真分析，尤其是光热的转化效率．