Question

11．如图所示，简易太阳能热水器受光面积1.2m²，内装80kg水，太阳每分钟辐射到1m²面积上的热量是7.56×10⁴J，如果60%的热量被水吸收，问：
（1）太阳能热水器内壁为什么涂成黑色？
（2）20℃的水晒3h后水温能达多少摄氏度？
（3）煤气的热值是4.2×10⁷J/kg，若煤气灶的效率为40%，现改成煤气灶加热水，要达到（2）中相同的效果，需燃烧多少千克煤气？
（4）写出太阳能热水器的一个优点，一个缺点．

Answer 1

分析 （1）管外壁涂成黑色，是因为黑色表面更易吸收太阳的热．
（2）已知太阳每分钟辐射到1m²面积上的热量是7.56×10⁴J，便可以计算出太阳能热水器3h得到太阳的辐射热量Q，已知60%的热量被水吸收，从而可利用公式Q_吸=Qη求出水吸收的热量，已知水的质量和比热容，可利用公式△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$计算出温度变化，已知水的初温，可利用公式t=△t+t₀计算出末温．
（3）已知水吸收的热量和煤气灶的效率，可利用效率公式计算出煤气燃烧放出的热量，已知煤气的热值，可利用公式m_气=$\frac{{Q}_{放}}{q}$计算质量；
（4）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；但把水加热到预定温度需要较长的时间，并受天气影响的制约．

解答 解：（1）管外壁涂成黑色，是因为黑色表面对太阳辐射的吸收本领强，更易吸收太阳的热．
（2）太阳每分钟辐射到1m²面积上的热量是7.56×10⁴J，
太阳能热水器3h得到太阳的辐射热量：Q=1.2m²×3×60min×7.56×10⁴J/（m²•min）≈1.63×10⁷J，
水吸收的热量：Q_吸=Qη=1.63×10⁷J×60%=9.78×10⁶J，
由Q_吸=cm△t得，
水升高温度：△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{9.78×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×80kg}$≈29.1℃，
水的终温：t=△t+t₀=29.1℃+20℃=49.1℃．
（3）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{放}}$得，煤气燃烧需放出热量：Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{9.78×1{0}^{6}J}{40%}$=2.445×10⁷J，
由Q_放=mq得，
需要煤气的质量：m_气=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{2.445×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{7}J/kg}$≈0.58kg；
（4）使用太阳能的优点：节约能源无污染，
缺点：把水加热到预定温度需要较长的时间，并受天气影响的制约．
答：（1）色表面对太阳辐射的吸收本领强；
（2）20℃的水晒3h后水温能达49.1摄氏度；
（3）改成煤气灶加热水，要达到（2）中相同的效果，需燃烧0.58千克煤气；
（4）优点：节约能源无污染；缺点：把水加热到预定温度需要较长的时间，并受天气影响的制约．

点评 本题通过对太阳能辐射热的吸收率的理解，及水吸热的计算，知道利用太阳能的优点，解决燃料利用率的问题；通过变形公式△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$计算温度变化达到了熟练应用热量公式的目的．