Question

小華同學家安裝了一臺太陽能熱水器，晴天可利用太陽能集熱，陰雨天可用電輔助加熱，銘牌如下：

××牌V-55型熱水器
額定電壓220V	額定容積100L
額定功率2000W	額定頻率50Hz

（1）若平均每平方米面積上每小時接收的太陽能約為2.8×10⁸J．該熱水器接受太陽能的有效面積為1.5m²，每天日照時間8h，則它1天中接收的太陽能E約為多少？若太陽能裝滿水，這些太陽能有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間是多長？
（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間長，原因是：______，他仔細查看了太陽能熱水器的說明書，發(fā)現(xiàn)其發(fā)熱體就是一根電熱絲．他想將它改造一上，使其加熱時間縮短，請你給他提出一種改造的方案：______．
（4）請從能源和可持續(xù)發(fā)展的角度，說出提倡開發(fā)利用太陽能的主要理由；說出當前利用太陽能方面所面臨的主要問題．

Answer 1

解：（1）它1天中接收的太陽能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/m³×100L=100kg，
由公式Q=cm（t₂-t₁）可求水溫升高為：
（t₂-t₁）====48℃；
（2）熱水器正常工作的電流可由P=UI得：I==≈9.1A；
熱水器需正常工作時間可由E=W=Pt求出：t====1.68×10⁴s=4.67h；
（3）晚飯后為用點高峰時段，電壓低，在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量少．再并聯(lián)一根電阻絲可減小電阻增大電流，使功率變大，縮短燒水時間；
（4）使用太陽能不僅清潔無污染，而且還節(jié)約能源．當前利用太陽能方面所面臨的主要問題有：轉(zhuǎn)化率低，且易受到天氣的影響．
答：（1）它1天中接收的太陽能E約為3.36×10⁷J；可使水溫升高48℃；
（2）熱水器正常工作的電流約為9.1A；熱水器需正常工作約4.67小時；
（3）晚飯后為用點高峰，電壓低，在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量少．再并聯(lián)一根電阻絲；
（4）提倡開發(fā)太陽能的理由：太陽能清潔無污染，可節(jié)約其他不可再生能源．
當前利用太陽能方面所面臨的主要問題有：轉(zhuǎn)化率低，且易受到天氣的影響等．
分析：（1）根據(jù)太陽能每平方米每小時接收的太陽能，乘以面積和時間，即可得出1天中接收的太陽能E；再利用吸熱公式變形，即可求出水溫升高的情況；
（2）熱水器正常工作時的電流可通過表中的額定功率和額定電壓求出；正常工作的時間則用公式t=計算；
（3）晚飯后屬用電的高峰時間，電壓相對較低；并聯(lián)一根電阻絲可減小電阻，增大功率，縮短燒水時間；
（4）根據(jù)對太陽能的了解，結(jié)合實際可提出太陽能的優(yōu)點及面臨問題．
點評：此題中的計算主要用到了熱量的公式、功率的公式以及密度的公式等，雖略顯繁瑣，但只要搞清數(shù)據(jù)間的關(guān)系，能熟練運用公式，便不是太難解答．
對于第三問，串聯(lián)電阻雖理論上可以縮短燒水時間，但同樣可能造成安全隱患，不贊成真的這么做．
太陽能是目前大力開發(fā)的主要能源之一，我們應對其進行一些必要的了解．