Question

2．太阳能热水器是吸收太阳辐射能将水加热的装置，环保，节能，寿命高，无污染．某品牌太阳能热水器，容量为200L．某天，该太阳能热水器在满水的情况下，水温从20℃上升至70℃．杭州地区平均每平方米面积每小时接受太阳能约2.8×10⁶J，且当天日照时间为8小时，该热水器集热的有效面积约为3m²，则
（1）该热水器的能量转化效率为多少？[c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（2）请说出太阳能热水器的优点和缺点各一个．

Answer 1

分析 （1）知道该地区平均每平方米面积每小时接受太阳能、当天日照时间和热水器集热的有效面积可以求出一天中接受的太阳能；知道水的体积和密度，根据m=ρV求出水的质量，然后利用Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的热量，最后根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$×100%求出该热水器的能量转化效率；
（2）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）太阳能热水器接受的太阳能：
E=2.8×10⁶J/（h•m²）×8h×3m²=6.72×10⁷J；
水的体积V_水=200L=200dm³=0.2m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得水的质量：
m_水=ρ_水V_水=1.0×10³kg/m³×0.2m³=200kg，
水吸收的热量：
Q_吸=c_水m_水（t-t₀）
=4.2×10³J/（kg•℃）×200kg×（70℃-20℃）
=4.2×10⁷J；
则该热水器的能量转化效率：
η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$=$\frac{4.2×1{0}^{7}J}{6.72×1{0}^{7}J}$×100%=62.5%．
（2）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）该热水器的能量转化效率为62.5%；
（2）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 本题主要考查了质量的计算、热量的计算、效率的计算和对太阳能的了解，涉及到的知识点多、综合性强，与实际生活相联系，使学生认识到学了物理有用，属于中考常见题型．