Question

17．阅读下面的短文，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．

请回答以下问题：
（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，这是通过热传递的方式改变内能，将管内的水加热的．
（2）你认为不能（填“能”或“不能”）将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是：因为双层玻璃管（集热管）中间是真空层，不利于将热量传递给管内．
（3）这台太阳能热水器的水箱容积为120L，那么水箱内装满水时，在一般的光照条件下．太阳能每天可将满箱20℃的水加热到70℃，则水吸收的热量为2.52×10⁷J．[水的比热容是4.2×10³J（kg•℃）]
（4）如果热水器上的集热器对太阳能的利用效率为40%，在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为P=1400W．如果将整箱水的温度从20℃加热到70℃，需要阳光照射5h，那么热水器上集热器的面积至少要是2.5m²．

Answer 1

分析 （1）改变内能的方式有两种：做功和热传递；
（2）玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料，吸收太阳辐射热，传递给水，水吸热温度升高；若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；
（3）根据ρ=$\frac{m}{V}$求出水的质量；知道水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q_吸=cm（t-t₀）求水吸收的热量；
（4）利用热水器上的集热器对太阳能的利用效率，计算出太阳能热水器接受的热量；然后再利用功率的公式P=$\frac{W}{t}$计算出1m²所接受的热量，最后计算出热水器上集热器的面积S．

解答 解：
（1）当太阳光入射到黑色的吸热层上时，将内能传递给管内的水，使水的内能增大；
（2）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，不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面；
（3）水的体积V=120L=0.12m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得水的质量：
m=ρ_水V=1×10³kg/m³×0.12m³=120kg；
水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×120kg×（70℃-20℃）=2.52×10⁷J；
（4）设热水器上集热器的面积为S，
则这台太阳能热水器获得的辐射功率：P_太=S×1400W/m²；
由P=$\frac{W}{t}$可得太阳照射5h获得的太阳能：
W_总=P_太t=S×1400W/m²×5×3600s；
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$可得：
Q_吸′=W_有=W_总η=S×1400W/m²×5×3600s×40%；
所以，热水器上集热器的面积：
S=$\frac{{Q}_{吸}′}{1400W/{m}^{2}×5h×40%}$=$\frac{2.52×1{0}^{7}J}{1400W/{m}^{2}×5×3600s×40%}$=2.5m²．
故答案为：（1）热传递；（2）不能；双层玻璃管中间是真空，不利于热量传递给管内的水；
（3）2.52×10⁷ J；（4）2.5 m²．

点评 本题考查了学生对密度公式、吸热公式和热值公式的运用，要学会审题，从复杂的题干中搜集有用信息，计算时注意温度升高了（△t）、升高（△t）和升高到（末温）的区别．