Question

小華同學(xué)家安裝了一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，晴天可利用太陽(yáng)能集熱，陰雨天可用電輔助加熱，銘牌如下：
（1）若平均每平方米面積上每小時(shí)接收的太陽(yáng)能約為2.8×10⁸J。該熱水器接受太陽(yáng)能的有效面積為1.5m²，每天日照時(shí)間8h，則它1天中接收的太陽(yáng)能E約為多少？若太陽(yáng)能裝滿水，這些太陽(yáng)能有60%被熱水器吸收，則可使水溫升高多少？[水的比熱容為4.2×10³J/（kg·℃） 取g=10N/kg ]
（2）若該熱水器1天中接收的太陽(yáng)能由電加熱提供，則熱水器正常工作的電流是多少？熱水器需正常工作時(shí)間是多長(zhǎng)？
（3）一天，小華在晚飯后用電燒水，發(fā)現(xiàn)將貯滿水的熱水器中的水從20℃升高到60℃，晚上比白天燒水用的時(shí)間長(zhǎng)，原因是：_________________________________，他仔細(xì)查看了太陽(yáng)能熱水器的說(shuō)明書，發(fā)現(xiàn)其發(fā)熱體就是一根電熱絲。他想將它改造一上，使其加熱時(shí)間縮短，請(qǐng)你給他提出一種改造的方案：____________________________________。
（4）請(qǐng)從能源和可持續(xù)發(fā)展的角度，說(shuō)出提倡開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的主要理由；說(shuō)出當(dāng)前利用太陽(yáng)能方面所面臨的主要問(wèn)題。

Answer 1

解：
（1）它1天中接收的太陽(yáng)能E約為：E=2.8×10⁶J×1.5×8=3.36×10⁷J
熱水器裝滿水的質(zhì)量為：m=ρv=1.0×10³ kg / m³×100 L=100 kg
由公式Q=cm（t₂-t₁）可求水溫升高為：（t₂-t₁）=Q/ cm= E×60% / cm=3.36×10⁷J×60% /［4.2×10³J/（kg·℃）×100 kg］=48℃
（2）熱水器正常工作的電流可由P=UI得：I=P/U=2000W/220V≈9.1A，熱水器需正常工作時(shí)間可由E=W=Pt求出：t=W/P=E/P=3.36×10⁷J/2000W=1.68×104s≈9.1h
（3）晚飯后為用點(diǎn)高峰電壓低，在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量少；再并聯(lián)一根電阻絲
（4）使用太陽(yáng)能不僅清潔無(wú)污染，而且還節(jié)約能源。當(dāng)前利用太陽(yáng)能方面所面臨的主要問(wèn)題有：轉(zhuǎn)化率低，且易受到天氣的影響。