Question

14．讀下面材料，回答有關(guān)問題：如圖是太陽能熱水器的裝置圖．它主要是由太陽能吸熱板和補水箱等組成，它利用水的對流與循環(huán)把水加熱．補水箱內(nèi)裝40kg水．如果每分鐘吸熱板吸收太陽輻射的能量為8.4×10⁴J．其中50%被水吸收[C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．求：

（1）太陽能熱水器工作時把太陽能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能．
（2）將補水箱內(nèi)初溫為20℃的水加熱到70℃，求這些水需要吸收多少熱量？
（3）將補水箱內(nèi)初溫為20℃的水加熱到70℃，則太陽輻射能量時間是400分鐘．

Answer 1

分析 （1）人類目前對太陽能的利用有兩種方式：加熱物體，利用光熱轉(zhuǎn)換裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；發(fā)電，利用光電轉(zhuǎn)換裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）根據(jù)熱量公式Q_太=cm△t，對水升高溫度進行計算，求出水吸收的熱量；
（3）用太陽能加熱，不計熱損失，W_太陽能=Q_吸，太陽能不是全部被水吸收，只有50%被吸收，所以需要利用機械效率的公式對有用功進行計算，即ηW_太陽能=Q_吸．

解答 解：（1）太陽能熱水器是利用太陽能加熱水，使水的內(nèi)能增加，溫度升高，將太陽能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能．
（2）水吸收的熱量：由Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×40kg×（70℃-20℃）=8.4×10⁶J；
（3）已知每分鐘吸熱板吸收太陽輻射的能量為8.4×10⁴J，
故吸熱功率P=8.4×10⁴J/min，
太陽能不是全部被水吸收，只有50%被吸收，所以需要利用機械效率的公式對有用功進行計算，即ηW_太陽能=Q_吸
ηPt=Q_吸，
將補水箱內(nèi)初溫為20℃的水加熱到70℃，則太陽輻射能量時間是：
t=$\frac{{Q}_{吸}}{ηP}$=$\frac{8.4×1{0}^{6}J}{50%×8.4×1{0}^{4}J/min}$=400min．
故答案為：（1）內(nèi)；（2）這些水需要吸收8.4×10⁶J的熱量；（3）400．

點評 本題考查設(shè)計的相關(guān)知識，對學(xué)生的公式應(yīng)用能力和綜合計算能力要求比較高．體現(xiàn)了物理來源于生活，服務(wù)于社會的新課程理念．