Question

14．读下面材料，回答有关问题：如图是太阳能热水器的装置图．它主要是由太阳能吸热板和补水箱等组成，它利用水的对流与循环把水加热．补水箱内装40kg水．如果每分钟吸热板吸收太阳辐射的能量为8.4×10⁴J．其中50%被水吸收[C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．求：

（1）太阳能热水器工作时把太阳能转化为水的内能．
（2）将补水箱内初温为20℃的水加热到70℃，求这些水需要吸收多少热量？
（3）将补水箱内初温为20℃的水加热到70℃，则太阳辐射能量时间是400分钟．

Answer 1

分析 （1）人类目前对太阳能的利用有两种方式：加热物体，利用光热转换装置将太阳能转化为内能；发电，利用光电转换装置将太阳能转化为电能．
（2）根据热量公式Q_太=cm△t，对水升高温度进行计算，求出水吸收的热量；
（3）用太阳能加热，不计热损失，W_太阳能=Q_吸，太阳能不是全部被水吸收，只有50%被吸收，所以需要利用机械效率的公式对有用功进行计算，即ηW_太阳能=Q_吸．

解答 解：（1）太阳能热水器是利用太阳能加热水，使水的内能增加，温度升高，将太阳能转化为水的内能．
（2）水吸收的热量：由Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×40kg×（70℃-20℃）=8.4×10⁶J；
（3）已知每分钟吸热板吸收太阳辐射的能量为8.4×10⁴J，
故吸热功率P=8.4×10⁴J/min，
太阳能不是全部被水吸收，只有50%被吸收，所以需要利用机械效率的公式对有用功进行计算，即ηW_太阳能=Q_吸
ηPt=Q_吸，
将补水箱内初温为20℃的水加热到70℃，则太阳辐射能量时间是：
t=$\frac{{Q}_{吸}}{ηP}$=$\frac{8.4×1{0}^{6}J}{50%×8.4×1{0}^{4}J/min}$=400min．
故答案为：（1）内；（2）这些水需要吸收8.4×10⁶J的热量；（3）400．

点评 本题考查设计的相关知识，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．