Question

9．太陽能是人類能源的寶庫，太陽能熱水器是直接利用太陽能的一種裝置，它可以利用太陽能把水加熱．太陽能集熱器主要由集熱板和貯水器兩部分組成，如圖所示．
（1）太陽能熱水器是用熱傳遞（選填“做功”或“熱傳遞”）的方式改變水的內(nèi)能．
（2）貯水器總比集熱板的位置高，是因為水在集熱板中被加熱后，溫度升高，熱水上升，冷水下降，形成對流（選填“對流”、“傳導(dǎo)”或“輻射”）．保持集熱板中水溫較低（選填“高”或“低”），利于對水繼續(xù)加熱．
（3）小花家的太陽能熱水器，最大裝水質(zhì)量為200kg，周末小花進(jìn)行了一次觀察活動；她用溫度計測得自來水的溫度為20℃，然后給熱水器水箱送滿水，中午時“溫度傳感器”顯示水箱中的水溫為45℃．水箱中水吸收的熱量是2.1×10⁷J；如果這些水吸收的熱量由燃燒煤氣來提供，而燃?xì)庠畹男蕿?0%，至少需要燃燒1.25kg煤氣？（煤氣的熱值為q=4.2×10⁷J/kg，C水=4.2×10³J/（kg•℃）

Answer 1

分析 （1）改變物體內(nèi)能的方式有兩種：做功和熱傳遞，這兩種方式對改變內(nèi)能是等效的；
（2）水受熱后體積膨脹，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$知，密度變小，向上運(yùn)動，形成對流；
（3）已知水的比熱容、質(zhì)量、初溫度和末溫度，利用Q_吸=cm（t-t₀）可以求出水吸收的熱量；
據(jù)煤氣灶的效率，利用效率公式求出煤氣完全燃燒放出的熱量，再利用Q=mq就能計算出需要煤氣的質(zhì)量．

解答 解：
（1）太陽能熱水器吸收太陽能，使水的溫度升高，是利用熱傳遞改變物體的內(nèi)能；
（2）水在集熱板中被加熱后，溫度升高，熱水上升，冷水下降，以便集熱板對冷水繼續(xù)加熱；
（3）熱水吸收的熱量：Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×200kg×（45℃-20℃）=2.1×10⁷J；
由題知，煤氣完全燃燒釋放熱量：
Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{40%}$=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{40%}$=5.25×10⁷J，
因為Q_放=mq，
所以需要煤氣的質(zhì)量：
m′=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.25×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{7}J/kg}$=1.25kg．
故答案為：（1）熱傳遞；（2）對流；低；（3）2.1×10⁷；1.25．

點評 此題是一聯(lián)系實際的應(yīng)用題，考查了改變內(nèi)能的方式、對流現(xiàn)象、熱量、效率的計算等，考查學(xué)生的綜合應(yīng)用能力及應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力，體現(xiàn)了物理與生活相聯(lián)系的思想，屬于中檔題．