Question

15．太陽能熱水器時(shí)直接利用太陽能給水加熱的裝置，下表是小明家的太陽能熱水器某天在陽光照射下的相關(guān)信息，求：

太陽照射時(shí)間h	裝水量kg	水升高的溫度℃	水的比熱容J/（kg•℃）	太陽能吸熱功率J/h
10	100	50	4.2×103	3.0×106

其中太陽輻射功率是指1h內(nèi)投射到1m²面積上的太陽能．
求：（1）水在10h內(nèi)吸收的熱量；
（2）如果水吸收的熱量用天然氣來提供，需要完全燃燒多少m³的天然氣；（天然氣的熱值為8.4×10⁷J/m³，天然氣完全燃燒放出的熱量全部給水吸收）
（3）該太陽能熱水器的能量轉(zhuǎn)化效率．

Answer 1

分析 （1）由表中數(shù)據(jù)知道水的質(zhì)量、水的比熱容、水的溫度升高值，利用吸熱公式Q_吸=cm△t求水吸收的熱量；
（2）如果水吸收的熱量用天然氣來提供，即Q_放=Q_吸，再利用Q_放=vq求需要完全燃燒多少天然氣；
（3）由太陽輻射功率知道1h內(nèi)吸收的太陽能，據(jù)此求出10h吸收的太陽能（總能量），再利用效率公式求太陽能熱水器的能量轉(zhuǎn)化效率．

解答 解：（1）水吸收的熱量（有用能量）：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×50℃=2.1×10⁷J；
（2）由題知，Q_放=Vq=Q_吸=2.1×10⁷J，
需要天然氣的體積：V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{8.4×1{0}^{7}J/kg}$=0.25m³；
（3）10h太陽能熱水器吸收的太陽能（總能量）：
Q_總=3.0×10⁶J/h×10h=3×10⁷J，
η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{總}}$×100%=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{3.0×1{0}^{7}J}$×100%=70%．
答：（1）水在10h內(nèi)吸收的熱量為2.1×10⁷J；
（2）如果水吸收的熱量用天然氣來提供，需要完全燃燒0.25m³的天然氣；
（3）該太陽能熱水器的能量轉(zhuǎn)化效率為70%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)吸熱公式、燃料完全燃燒放熱公式、效率公式的掌握和運(yùn)用，本題關(guān)鍵：一是能從題目提供的表格中得到相關(guān)信息，二是注意熱值單位：固體、液體燃料（J/kg）和氣體燃料J/m³的區(qū)別．