Question

17．太陽能是一種廉價的清潔能源，開發(fā)和利用的前景十分廣闊．從有關資料獲悉，在地面地表晴天時垂直于陽光表面接受到的熱輻射功率為p₀=1.2×10³ J/（m²．s）【太陽每秒輻射到1m²面積上的熱量為1.2×10³ J】．有一臺太陽能熱水器，可將接收到的熱輻射40%用來升高水溫．若該熱水器接受陽光垂直照射的有效面積始終是2.1m²，晴天曬了1h，求：
（1）該熱水器在1h接收到的熱輻射是多少焦耳？
（2）水箱中質量為50kg的冷水溫度最多能升高多少？
（3）若用煤氣來提供這些熱量，需要完全燃燒多少煤氣？（不計熱量損失，q_煤氣=4.2×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)1.2×10³J/（m²•s）的含義以及接受面積和照射時間進行計算；
（2）先根據(jù)熱水器接受的熱量和轉化率求出水吸收的熱量，然后根據(jù)Q=cm△t即可求出貯水箱中的水升高的溫度；
（3）由題意Q_放=Q_吸，由Q_放=mq可求煤氣的質量．

解答 解：（1）太陽能熱水器1h接收的太陽輻射能為：
Q=1.2×10³J/（m²•s）×2.1m²×3600s=9.072×10⁶J，
（2）水吸收的熱量為：
Q_吸=Qη=9.072×10⁶J×40%=3.6288×10⁶J；
由Q_吸=cm△t得水箱中50kg水的溫度能升高的溫度：
△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{3.6288×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×50kg}$=17.28℃
（3）由題知，Q_放=Q_吸=3.6288×10⁶J，
由Q_放=mq得需要完全燃燒煤氣的質量：
m_煤氣=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{3.6288×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{7}J/kg}$=0.0864kg=86.4g．
答：（1）該熱水器在1h接收到的熱輻射是9.072×10⁶J；
（2）水箱中質量為50kg的冷水溫度最多能升高17.28℃；
（3）若用煤氣來提供這些熱量，需要完全燃燒86.4g煤氣．

點評 此題主要考查的是學生對熱量計算公式的理解和掌握，弄清楚水吸收的熱量是解決此題的關鍵．