Question

17．閱讀下面的短文，回答問題．
太陽能熱水器    太陽能熱水器能利用太陽能把水從低溫加熱到高溫，以滿足人們日常生活的需要．它具有安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點．
    如圖甲所示，太陽能熱水器主要由兩部分構成：一部分是由許多根玻璃吸熱管組成的集熱器，每根玻璃吸熱管由雙層玻璃管組成，雙層玻璃管之間是真空．如圖25乙所示是玻璃吸熱管的工作原理圖，它的結構與保溫瓶的玻璃內膽相似，只是在玻璃吸熱管的內表面涂了一層黑色的吸熱材料；另一部分是保溫儲水箱，保溫儲水箱下部與玻璃吸熱管相通．
    當太陽光入射到黑色的吸熱層上時，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉化為內能，將管內的水加熱．向光一側的水被加熱后體積增大、密度變小而向上運動；背光一側的水由于溫度較低、密度較大而向下運動，形成冷熱水循環(huán)，最終整箱水都升高至一定的溫度．玻璃吸熱管具有吸熱保溫作用．

請回答以下問題
（1）當太陽光入射到黑色的吸熱層上時，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉化為內能，將管內的水加熱．
（2）不能將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面上，理由是玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水．
（3）將質量為100kg的初溫為15℃的水加熱到55℃，求這些水需要吸收的熱量為1.68×10⁷J．[水的比熱容4.2×10³J/（kg?℃）]
（4）某品牌太陽能熱水器集熱器面積為S=2m²，熱效率為η=40%（即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的40%轉化為水的內能），該地點太陽能輻射到地面的平均功率P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒鐘太陽輻射能為1.4×10³J）．在第（4）小題中水吸收的熱量由該熱水器提供，則需要加熱的時間為1.5×10⁴s．

Answer 1

分析 （1）黑色吸熱層能吸收各種色光，能把太陽能更有效地轉化為內能；
（2）玻璃吸熱管的內表面涂了一層黑色的吸熱材料，吸收太陽輻射熱，傳遞給水，水吸熱溫度升高；若將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面，因為玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水；
（3）知道水的質量、水的比熱容、水的初溫和末溫，利用吸熱公式Q_吸=cm△t求水吸收的熱量；
（4）知道水吸收的熱量，根據(jù)熱效率公式η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$求出需要接收的太陽能，再根據(jù)E=PtS 求出需要的加熱時間．

解答 解：
（1）黑色吸熱層能吸收各種色光，所以黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉化為內能，將管內的水加熱．
（2）因為玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水，所以不能將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面；
（3）水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（55℃-15℃）=1.68×10⁷；
（4）設接收到的太陽能為E，
根據(jù)熱效率公式η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$可得，需要接收的太陽能：
E=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.68×1{0}^{7}J}{40%}$=4.2×10⁷J；
根據(jù)題意可知E=PtS，
所以，需要加熱的時間為：
t=$\frac{E}{PS}$=$\frac{4.2×1{0}^{7}J}{1.4×1{0}^{3}W/{m}^{2}×2{m}^{2}}$=1.5×10⁴s；
故答案為：
（1）內；（2）玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水；
（3）1.68×10⁷；（4）1.5×10⁴．

點評 本題主要考查了對熱的不良導體的理解、吸收熱量的計算和效率公式的運用，從閱讀材料中獲取有用信息是解題的關鍵．