Question

3．太阳能热水器深受广大用户的青睐，太阳能热水器是通过吸热板，完成把太阳辐射的能量转化为水的内能的装置．某学校兴趣小组对投射到地面上的太阳辐射功率进行了一次估测（太阳的辐射功率是指单位时间内投射到地面上的太阳辐射能量）．他们测得小明家太阳能热水器的吸热板面积是2.5m²，水箱里水的质量是200kg，并测得太阳光正对吸热板照射875s，水箱里的水温升高了1℃．若太阳辐射能转化为水的内能的效率是60%，请你计算：
（1）与其它形式的能量相比，太阳能具有哪些优点？（写出两点即可）
（2）在此时间内，水箱里的水吸收的热量．[c_水=4.2×l0³J/（kg•℃）]
（3）投射到每平方米吸热板上的太阳辐射功率．

Answer 1

分析 （1）太阳能是一种清洁、无污染、可再生能源，它取之不尽用之不竭，是一种新型的能源，越来越被广泛利用；
（2）知道水箱内水的质量、水的密度、水温度的变化，利用吸热公式求水箱内水吸收的热量；
（3）知道太阳辐射能转化为水的内能的效率和水箱内水吸收的热量，利用效率公式可以求吸收的太阳能；又知道太阳光照射时间，可求吸热板上太阳的辐射功率，进一步求每平方米吸热板上的太阳辐射功率得出答案．

解答 解：（1）与其它形式的能量相比，太阳能无污染，取之不尽；
（2）Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×200kg×1℃=8.4×10⁵J
（3）吸收太阳能：W=$\frac{Q}{η}$，则吸热板上太阳的辐射功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Q}{ηt}$；
每平方米吸热板上的太阳辐射功率：P′=$\frac{P}{S}$=$\frac{Q}{Sηt}$=$\frac{8.4×1{0}^{5}J}{2.5×60%×875s}$=640W．
答：（1）太阳能无污染，取之不尽；
（2）在此时间内，水箱里的水吸收的热量是8.4×10⁵J；
（3）投射到每平方米吸热上的太阳辐射功率为640W．

点评 本题考查学生对热量公式的掌握和运用、能够利用效率的计算、功率的计算，涉及到的物理量多、公式多，属于难题．