Question

太陽(yáng)能熱水器具有安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)．為有效利用太陽(yáng)能，某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)“物體吸收太陽(yáng)能的能力與表面顏色之間的關(guān)系”進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究：在兩只相同的燒杯中裝有質(zhì)量和初溫相同的水，燒杯外用一個(gè)黑色塑料袋和一個(gè)白色塑料袋密封，插入溫度計(jì)（溫度計(jì)的玻璃泡浸沒(méi)在水中，大部分刻度露出可見(jiàn)），放在陽(yáng)光下曝曬．每隔相同的時(shí)間讀出溫度計(jì)的示數(shù)，數(shù)據(jù)記錄如下：

塑料袋顏色	水的質(zhì)量m（kg）	初溫t0℃	溫度t1℃	溫度t2℃	溫度t3℃	…
黑色	1	15	22.3	27.8	31.5	…
白色	1	15	16.5	17.8	19	…

根據(jù)上述數(shù)據(jù)回答下列問(wèn)題：
（1）這次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用的科學(xué)研究方法是

 

；
（2）通過(guò)上面的研究可以推斷：太陽(yáng)能熱水器的集熱管表面顏色以

 

為宜；
（3）小明家使用的太陽(yáng)能熱水器的說(shuō)明書(shū)如圖，若在太陽(yáng)能熱水器的水箱中裝滿水，中午在太陽(yáng)照曬下每小時(shí)溫度升高10℃，則該熱水器中的水每小時(shí)吸收的熱量是多少？該熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽(yáng)能是多少？

容積	100L
集熱箱的采光面積	1.5m2
效率	40%
使用年限	15年

Answer 1

分析：（1）本實(shí)驗(yàn)通過(guò)瓶?jī)?nèi)水溫度的變化大小，得出水吸熱多少，從而說(shuō)明黑、白顏色物體的吸熱能力，實(shí)驗(yàn)中讓水的質(zhì)量、容器、水的初溫相同，只改變顏色，采用了控制變量法．
（2）在同樣的條件下，黑色瓶?jī)?nèi)水溫度的升高的多，水吸熱多，說(shuō)明黑顏色物體的吸熱能力強(qiáng)，太陽(yáng)能熱水器的集熱管表面顏色以黑色為宜；
（3）從表中知道熱水器的容積，利用密度公式求出水的質(zhì)量，又知道水溫的變化和水的密度，利用吸熱公式求水吸收的熱量；
求出了水吸收的熱量，又知道采光面積、熱水器的吸熱效率，求熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽(yáng)能．

解答：解：（1）本實(shí)驗(yàn)探究黑、白顏色物體的吸熱能力，實(shí)驗(yàn)時(shí)讓讓水的質(zhì)量、容器、水的初溫相同，采用了控制變量法；
（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明黑顏色物體的吸熱能力強(qiáng)，太陽(yáng)能熱水器的集熱管表面顏色以黑色為宜；
（3）v=100L=100×10^-3m³，
水的質(zhì)量：
m=ρv=1×10³kg/m³×100×10^-3m³=100kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×10℃=4.2×10⁶J；
熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽(yáng)能為Q，
∵Q_吸=Q×1.5×3600×40%，
∴Q=

Q吸

1.5×3600×40%

=

4.2×106J

1.5×3600×40%

=1944J．
故答案為：（1）控制變量；
（2）黑色；
（3）該熱水器中的水每小時(shí)吸收的熱量是4.2×10⁶J，該熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽(yáng)能是1944J．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了密度公式、吸熱公式，涉及到控制變量法和從提供的表格中搜集信息，屬于難題．