Question

9．太阳能是人类能源的宝库，太阳能热水器是直接利用太阳能的一种装置，它可以利用太阳能把水加热．太阳能集热器主要由集热板和贮水器两部分组成，如图所示．
（1）太阳能热水器是用热传递（选填“做功”或“热传递”）的方式改变水的内能．
（2）贮水器总比集热板的位置高，是因为水在集热板中被加热后，温度升高，热水上升，冷水下降，形成对流（选填“对流”、“传导”或“辐射”）．保持集热板中水温较低（选填“高”或“低”），利于对水继续加热．
（3）小花家的太阳能热水器，最大装水质量为200kg，周末小花进行了一次观察活动；她用温度计测得自来水的温度为20℃，然后给热水器水箱送满水，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃．水箱中水吸收的热量是2.1×10⁷J；如果这些水吸收的热量由燃烧煤气来提供，而燃气灶的效率为40%，至少需要燃烧1.25kg煤气？（煤气的热值为q=4.2×10⁷J/kg，C水=4.2×10³J/（kg•℃）

Answer 1

分析 （1）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，这两种方式对改变内能是等效的；
（2）水受热后体积膨胀，根据ρ=$\frac{m}{V}$知，密度变小，向上运动，形成对流；
（3）已知水的比热容、质量、初温度和末温度，利用Q_吸=cm（t-t₀）可以求出水吸收的热量；
据煤气灶的效率，利用效率公式求出煤气完全燃烧放出的热量，再利用Q=mq就能计算出需要煤气的质量．

解答 解：
（1）太阳能热水器吸收太阳能，使水的温度升高，是利用热传递改变物体的内能；
（2）水在集热板中被加热后，温度升高，热水上升，冷水下降，以便集热板对冷水继续加热；
（3）热水吸收的热量：Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×200kg×（45℃-20℃）=2.1×10⁷J；
由题知，煤气完全燃烧释放热量：
Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{40%}$=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{40%}$=5.25×10⁷J，
因为Q_放=mq，
所以需要煤气的质量：
m′=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.25×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{7}J/kg}$=1.25kg．
故答案为：（1）热传递；（2）对流；低；（3）2.1×10⁷；1.25．

点评 此题是一联系实际的应用题，考查了改变内能的方式、对流现象、热量、效率的计算等，考查学生的综合应用能力及应用物理知识解决实际问题的能力，体现了物理与生活相联系的思想，属于中档题．