Question

2．如表是某电辅式太阳能热水器的部分参数，夏天用温度为20℃的水将保温桶充满，假设热水器接收到的太阳能有40%被水吸收，在最好的日光下充分照射，试求：

保温桶的容积/L		100
采光面积/㎡		2.5
水温/℃	夏天	40-80
	冬天	35-55
电热管		220V2000W

（1）当水温恰好达到最高时，需要多少太阳能？
（2）若晚间无阳光时用电热管加热，达到同样要求，在正常工作时，电热管的效率为80%的情况下需加热多长时间？
（3）请简要说出一条太阳能热水器的优点和一条使用注意事项．

Answer 1

分析 （1）先利用密度公式m=ρV求出水的质量，再根据吸热公式Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的热量；再根据热水器接收到的太阳的效率计算太阳能热水器吸收的太阳能．
（2）若晚间无阳光时用电热管加热，达到同样要求，知道吸收的热量，利用效率公式求需要消耗的电能，再利用t=$\frac{W}{P}$求需加热需多长时间．
（3）太阳能的特点是太阳能十分巨大，产生能源总量多，并且供应时间长，分布广阔，获取方便，安全清洁，不会给环境带来污染．

解答 解：（1）由ρ=$\frac{m}{V}$得保温箱充满水时水的质量：
m=ρ_水V=1.0×10³kg/m³×100×10^-3m³=100kg；
当最好的日光充分照射下，水温达到最高值，t=80℃，
Q_吸=c_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（80℃-20℃）=2.52×10⁷J；
因为太阳能有40%被水吸收；
所以需要太阳能：
E=$\frac{{Q}_{吸}}{40%}$=$\frac{2.52×1{0}^{7}J}{40%}$=6.3×10⁷J；
（2）若晚间无阳光时用电热管加热，达到同样要求，不计热量损失时；即：Q_吸=W_电；
又因为W_电=Pt；
所以需要时间：
t=$\frac{{W}_{电}}{P}$=$\frac{2.52×1{0}^{7}J}{2000W}$=12600s=3.5h；
（3）太阳能热水器具有节能、无污染的优点．使用时注意经常清除太阳能热水管上的灰尘．
答：（1）当水温恰好达到最高时，需要6.3×10⁷J太阳能；
（2）在正常工作时，电热管的效率为80%的情况下需加热3.5h的时间；
（3）太阳能热水器具有节能、无污染的优点．使用时注意经常清除太阳能热水管上的灰尘．

点评 本题考查了学生热量的计算和能量的利用率的运用，需注意利用太阳能和电加热的目的一样，是将热水器里的水加热到一定的温度．