Question

閱讀下面的短文，回答問題．
                                         太陽能熱水器
太陽能熱水器能利用太陽能把水從低溫加熱到高溫，以滿足人們?nèi)粘Ｉ�活的需要．它具有安全、�?jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)．
如圖甲所示，太陽能熱水器主要由兩部分構(gòu)成：一部分是由許多根玻璃吸熱管組成的集熱器，每根玻璃吸熱管由雙層玻璃管組成，雙層玻璃管之間是真空．如圖乙所示是玻璃吸熱管的工作原理圖，它的結(jié)構(gòu)與保溫瓶的玻璃內(nèi)膽相似，只是在玻璃吸熱管的內(nèi)表面涂了一層黑色的吸熱材料；另一部分是保溫儲水箱，保溫儲水箱下部與玻璃吸熱管相通．
玻璃吸熱管工作原理如圖乙所示：當(dāng)太陽光入射到黑色的吸熱層上時(shí)，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，將管內(nèi)的水加熱．向光一側(cè)的水被加熱后體積增大、密度變小而向上運(yùn)動；背光一側(cè)的水由于溫度較低、密度較大而向下運(yùn)動，形成冷熱水循環(huán)，最終整箱水都升高至一定的溫度．玻璃吸熱管具有吸熱保溫作用．
請回答以下問題：

（1）玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度變小，所受到的浮力______重力．
（2）能否將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面上？簡單說明理由______．
（3）將質(zhì)量為100kg的初溫為20℃的水加熱到70℃，求這些水需要吸收多少熱量？
（4）某品牌太陽能熱水器集熱器面積為S=2m²，熱效率為η=30%（即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的30%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能），該地點(diǎn)太陽能輻射到地面的平均功率為P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒鐘太陽輻射能為1.4×10³J）．在第（3）小題中水吸收的熱量由該熱水器提供，求需要加熱多少時(shí)間？

Answer 1

【答案】分析：（1）玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度變小，根據(jù)物體的漂浮條件回答；
（2）玻璃吸熱管的內(nèi)表面涂了一層黑色的吸熱材料，吸收太陽輻射熱，傳遞給水，水吸熱溫度升高；若將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面，因?yàn)椴Ａ�是熱的不良�?dǎo)體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內(nèi)的水；
（3）知道水的質(zhì)量、水的比熱容、水的初溫和末溫，利用吸熱公式Q_吸=cm△t求水吸收的熱量；
（4）根據(jù)題意可求每秒水吸收的熱量，又知道水吸收的熱量，求需要的加熱時(shí)間．
解答：解：：
（1）玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度變小，受到水的浮力大于重力而向上運(yùn)動，另一側(cè)的水向下運(yùn)動，形成對流；
（2）不能將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面，因?yàn)椴Ａ�是熱的不良�?dǎo)體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內(nèi)的水；
（3）水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×（70℃-20℃）=2.1×10⁷J；
（4）熱水器每秒水吸收的熱量：
Q_吸′=Pst×30%=1.4×10³W/m²×2m²×1s×30%=8.4×10²J，
∴加熱時(shí)間：
t==25000s≈6.94h．
答：
（1）水吸熱后體積增大、密度變小，所受到的浮力大于重力；
（2）不能，因?yàn)椴Ａ�是熱的不良�?dǎo)體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內(nèi)的水；
（3）水需要吸收的熱量為2.1×10⁷J；
（4）水吸收的熱量由該熱水器提供，需要加熱約6.94h．
點(diǎn)評：此題考查了學(xué)生對物體的浮沉條件、熱量的計(jì)算和能量的利用率的運(yùn)用，綜合性強(qiáng)，屬于難題．