Question

14．阅读下列短文，回答短文后的问题：
太阳能热水器
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要．它具有安全、节能、环保等优点．如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：
一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空．如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；
另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通．当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热．向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，
最终整箱水都升高至一定的温度．玻璃吸热管具有吸热保温作用．
请回答以下问题
（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热；玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力大于重力．
（2）你认为不能（选填“能”或“不能”）将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是因为玻璃是热的不良导体，集热管中有是真空，不利于将热量传递给管内的水．
（3）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？内能，势能（重力势能、机械能）．（需填两种能）
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，求这些水需要吸收的热量为1.68×10⁷J．[水的比热容4.2×10³J/（kg?℃）]

Answer 1

分析 （1）黑色吸热层能把太阳能转化为内能，玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，根据物体的漂浮条件回答；
（2）玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料，吸收太阳辐射热，传递给水，水吸热温度升高；若将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）从高度变化分析重力势能的变化，从温度变化分析物体内能的变化；
（4）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量．

解答 解：（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，受到水的浮力大于重力而向上运动，另一侧的水向下运动，形成对流；
（2）不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（3）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，温度升高、内能增大；位置变高、重力势能变大；
（4）水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（55℃-15℃）=1.68×10⁷J；
答：（1）内，大于；
（2）不能，因为玻璃是热的不良导体，集热管中有是真空，不利于将热量传递给管内的水
（3）内能，势能（重力势能、机械能）；
（4）1.68×10⁷．

点评 本题考查了学生对物体的浮沉条件、热量的计算和能量的利用率的运用，综合性强，属于难题．