Question

阅读以下短文，回答问题

太阳能热水器

太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要。它具有安全、节能、环保等优点。

如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空。如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通。

玻璃吸热管工作原理如图25乙所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有吸热保温作用。

请回答以下问题：

（1）太阳能属于_____ (选择“一次能源”或“二次能源”)。玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度_______（选填“变大”“不变”“变小”）。

（2）玻璃吸热管内表面为何涂成黑色，请说明理由_____。

（3）将质量为100kg的水温度升高了50℃，求这些水需要吸收多少热量？[水的比热容是4.2×10³J/（kg·℃）]

（4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m²，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×10³J）。在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热多少时间？

 

Answer 1

【答案】

（1） 一次能源， 小

（2）黑色吸热能力强

（3）水吸收的热量： 2.1×10⁷J

（4）18750s或约5.2h  

【解析】

试题分析：太阳能属于直接从自然界获得的能源，是一次能源；不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；

水吸收的热量：Q_吸＝cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×50℃＝2.1×10⁷J

根据题意可求每秒水吸收的热量，又知道水吸收的热量，求需要的加热时间：Q_放= Q_吸/η=2.1×10⁷J/0.4=5.25×10⁷J   

P_总=1.4×10³W/m²×2 m²=2.8×10³W

t = Q_放/ P_总=5.25×10⁷J/2.8×10³W=18750s或约5.2h  

考点：电功与热量的综合计算

点评：本题是一道电学和热学的综合计算题，属于中考压轴题，对学生的公式应用能力和综合计算能力要求比较高．体现了物理来源于生活，服务于社会的新课程理念。