Question

太阳能热水器具有安全、节能、经济和环保等优点．为有效利用太阳能，某研究性学习小组对“物体吸收太阳能的能力与表面颜色之间的关系”进行了实验研究：在两只相同的烧杯中装有质量和初温相同的水，烧杯外用一个黑色塑料袋和一个白色塑料袋密封，插入温度计（温度计的玻璃泡浸没在水中，大部分刻度露出可见），放在阳光下曝晒．每隔相同的时间读出温度计的示数，数据记录如下：

塑料袋颜色	水的质量m（kg）	初温t0℃	温度t1℃	温度t2℃	温度t3℃	…
黑色	1	15	22.3	27.8	31.5	…
白色	1	15	16.5	17.8	19	…

根据上述数据回答下列问题：
（1）这次实验过程中，采用的科学研究方法是

 

；
（2）通过上面的研究可以推断：太阳能热水器的集热管表面颜色以

 

为宜；
（3）小明家使用的太阳能热水器的说明书如图，若在太阳能热水器的水箱中装满水，中午在太阳照晒下每小时温度升高10℃，则该热水器中的水每小时吸收的热量是多少？该热水器中午每秒钟每平方米的面积上获得的太阳能是多少？

容积	100L
集热箱的采光面积	1.5m2
效率	40%
使用年限	15年

Answer 1

分析：（1）本实验通过瓶内水温度的变化大小，得出水吸热多少，从而说明黑、白颜色物体的吸热能力，实验中让水的质量、容器、水的初温相同，只改变颜色，采用了控制变量法．
（2）在同样的条件下，黑色瓶内水温度的升高的多，水吸热多，说明黑颜色物体的吸热能力强，太阳能热水器的集热管表面颜色以黑色为宜；
（3）从表中知道热水器的容积，利用密度公式求出水的质量，又知道水温的变化和水的密度，利用吸热公式求水吸收的热量；
求出了水吸收的热量，又知道采光面积、热水器的吸热效率，求热水器中午每秒钟每平方米的面积上获得的太阳能．

解答：解：（1）本实验探究黑、白颜色物体的吸热能力，实验时让让水的质量、容器、水的初温相同，采用了控制变量法；
（2）通过实验说明黑颜色物体的吸热能力强，太阳能热水器的集热管表面颜色以黑色为宜；
（3）v=100L=100×10^-3m³，
水的质量：
m=ρv=1×10³kg/m³×100×10^-3m³=100kg，
水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×10℃=4.2×10⁶J；
热水器中午每秒钟每平方米的面积上获得的太阳能为Q，
∵Q_吸=Q×1.5×3600×40%，
∴Q=

Q吸

1.5×3600×40%

=

4.2×106J

1.5×3600×40%

=1944J．
故答案为：（1）控制变量；
（2）黑色；
（3）该热水器中的水每小时吸收的热量是4.2×10⁶J，该热水器中午每秒钟每平方米的面积上获得的太阳能是1944J．

点评：本题考查了密度公式、吸热公式，涉及到控制变量法和从提供的表格中搜集信息，属于难题．