Question

有人在夏季用简易晒水箱给水加热用来淋浴，这不仅能节省能源，而且很方便．李明和张华想利用这样的装置估测太阳光对地球表面辐射的强度的大小，也就是说，太阳光垂直照射地球表面时，地球表面单位时间单位面积所获得的能量是多少．实验装置如图所示，晒水箱内部是被涂黑的，箱体外加了保温层，上面开口并盖有透明玻璃板．
在估测之前要首先弄清，透过玻璃板的太阳光能理窨占太阳辐射到玻璃板上能量的百分之几？李明和张华各拿一块实验用的玻璃板，把阳光反射到墙上的同一个地方，他们发现，两块反射光斑重叠处的强度，和太阳光直接射到地上的强度差不多．
（1）透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的百分之几？你在得出这个结论时做了什么假设？假设的根据是什么？
（2）请你帮助他们设计实验方案，并写出具体的实验步骤．
（3）请你对这个实验性方案的可行性做出评价．

Answer 1

【答案】分析：此题是一个开放性试题，答案不是唯一的．
（1）根据他们的结论：两块反射光斑重叠处的强度，和太阳光直接射到地上的强度差不多．可以推测透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的50%．
（2）在设计实验方案时，要注意假设没有热量散失，晒水箱吸收的热量全部被水吸收，太阳光总是垂直入射等等．
（3）由于很多假设因素，造成了测量结果与真实值之间会有相当大的偏差是不可避免的．
故下面我的答案仅作为同学们参考．
解答：解：（1）假设玻璃板对光的吸收可以忽略．其根据是薄玻璃板十分透明．
通过李明和张华的实验结果可以推测，每块玻璃板反射的太阳光只有入射光能量的一半，这就是说，入射到玻璃板的太阳光有一半被玻璃板反射了．所以，透过玻璃板的太阳光能量占太阳辐射到玻璃板上的能量的50%．
（2）实验方案：若实验过程中总能使太阳光垂直入射，且晒水箱内部涂黑，可以认为射入晒水箱的太阳光不再被反射出去，晒水箱吸热效率为50%．另外，晒水箱周围有保温层，可以认为没有热量散失，若晒水箱吸收的热量完全用来使水的温度升高，测出保温箱中一定质量的水在一定时间里，其内能增加了多少，并测量出太阳光垂直照射物体表面的面积，就可以计算出太阳光垂直照射地球表面时，地球表面单位时间单位面积所获得的太阳光照射的能量是多少．
实验步骤如下：
①向晒水箱中倒入质量为m的清水，并用温度计测量出此时水的温度t．
②用刻度尺测量晒水箱盖的面积S．将晒水箱开口朝向垂直阳光的方向，盖好玻璃板开始计时．
③经过时间T后，再测量水的温度t_末．
④太阳光对地球表面的辐射强度是
（3）在实验过程中很多东西是假设的，如：“假设玻璃板对光的吸收可以忽略”、“若实验过程中总能让太阳光垂直入射”、“没有热量散失”等等．这种假设必然会对最后结果带来一定的影响，此外，还有一些因素没有给予考虑，如实验过程中天气的变化所引起的环境温度的变化等，因此测量结果与真实值之间会有相当大的偏差是不可避免的．
点评：像这种题目对学生的要求有一定的高度和难度，要求学生有提出问题、分析问题和解决问题的能力，并学会对实验方案的可行性做出客观、公正的评价．