Question

（2013?黑龙江）近几年来我市冬季蔬菜价格逐年攀升，但种植蔬菜的大棚数量却逐年减少，小刚调查发现，煤炭价格上涨是导致蔬菜成本上升的重要原因．为此小刚想，能否利用所学的知识对大棚进行节能改造，评估利用太阳能和电能为大棚提供能源的可行性．查询资料可知，本地区冬季太阳能集热管每平方米面积上每天可接收的太阳能是1.68×10⁷J，煤的热值为3×10⁷J/kg．请你帮助他完成下列计算，为小刚的评估提供依据．
（1）如果这些能量的90%被水吸收，可使多少千克的水从20℃升高到70℃？
（2）用集热管每平方米接收的太阳能替代煤，可节约煤多少千克？（煤完全燃烧）
（3）如果用3kW的电热器加热这些水，需要多长时间？（不计热散失）
（4）请写出一条太阳能的优点或缺点．

Answer 1

分析：（1）已知η=

Q吸

W

，根据吸热公式Q_吸=cm△t就可求出可以使多少千克水的温度从20℃升高到70℃．
（2）因为煤完全燃烧，利用Q=mq即可求得．
（3）不计热损失，W=Q_吸，知道加热功率，利用t=

W

P

求加热时间．
（4）太阳能无污染属清洁能源，但受太阳光的限制．

解答：解：（1）∵η=

Q吸

W

，
∴Q_吸=90%×1.68×10⁷J=1.512×10⁷J，
∵Q_吸=cm△t，
∴m=

Q吸

c△t

=

1.512×107J

4.2×103J/kg．℃×(70℃-20℃)

=72kg．
（2）Q_吸=W=1.68×10⁷J，
∵Q=mq，
∴m=

Q吸

q

=

1.68×107J

3×107J/kg

=0.56kg．
（3）由题知，P=3kW=3000W；
∵P=

W

t

，
电热器要工作时间：
t=

W

P

=

Q吸

P

=

1.512×107J

3000W

=5040s=84min
（4）太阳能其优点是：清洁、无污染、取之不尽等．
缺点：受天气影响，不稳定等．
答：（1）如果这些能量的90%被水吸收，可使72千克的水从20℃升高到70℃；
（2）用集热管每平方米接收的太阳能替代煤，可节约煤0.56千克；
（3）如果用3kW的电热器加热这些水，需要84min时间．
（4）优点：来源广；无污染；可再生；
缺点：受天气影响，不稳定等．

点评：本题是一道电学与热学的综合应用题，与实际生活相联系，使学生觉得学了物理有用，熟练应用吸热公式、电功率公式的变形公式即可正确解题．