Question

如图是太阳能热水器的装置图．它主要由太阳能吸热板和补水箱等组成，它利用水的对流与循环把水加热．补水箱内装40kg水，如果每分钟吸收太阳辐射的能量为8.4×10⁴J，其中60%被水吸收（C水=4.2×10³J/（kg?℃）．求：
（1 ）请说出太阳能热水器的工作原理．
（2 ）将补水箱里20℃的水经吸热板加热1小时水温为多少度？
（3 ）若改用额定功率为1.5kw的电热器把质量相同的水加热至相同温度，至少需要多少时间？（不计热量损失）

Answer 1

分析：（1）太阳能热水器是将太阳辐射的光能转化为水的内能来提高水的温度．
（2）先求出加热1小时太阳热板吸收太阳辐射的能量，然后根据效率求出水吸收的热量，再根据热量公式Q_吸=cm△t求出水的末温．
（3）不计热量损失，如果用电热器加热，根据水吸收的热量来自电热器消耗的电能，即Q_吸=W=Pt即可求出需要的时间．

解答：解：（1）太阳能热水器的工作原理：将太阳辐射的光能转化为水的内能；
（2）∵太阳能吸热板每分钟吸收太阳辐射的能量为8.4×10⁴J，
∴1小时吸收太阳辐射的能量：Q=8.4×10⁴J×60=5.04×10⁶J
Q_吸=Q×60%=5.04×10⁶J×60%=3.024×10⁶J
由Q_吸=cm（t-t₀）得：
t=

Q吸

cm

+t0=

3.024×106J

4.2×103J/kg×40kg

+20℃=38℃；
（3）Q_吸=W=Pt
即：3.024×10⁶J=1.5×10³W×t
解得：
t=2016s=33.6min．
答：（1 ）太阳能热水器的工作原理：利用太阳辐射的能量和水的对流与循环把水加热；
（2 ）将补水箱里20℃的水经吸热板加热1小时水温为38℃；
（3 ）若改用额定功率为1.5kw的电热器把质量相同的水加热至相同温度，至少需要33.6min．

点评：本题考查学生对生活中能量转化的理解，以及热量公式、功的公式的运用和计算能力，要求学生要熟练掌握这些物理知识解决实际问题．