Question

小华家屋顶上有一台太阳能热水器，水箱容量为150升，水箱离地面高12米．（g取10N/kg）则
（1）将水从地面输送到热水器的水箱中，至少需对这些水做多少功？
（2）假如热水器接收到的太阳能有50%转化为水的内能，则使一箱水温度从15℃升高到65℃需要接收多少太阳能？（C_水=4.2×10³J/（kg?℃））
（3）太阳能热水器是将太阳能转化成内能的装置，请说出使用太阳能热水器有什么优缺点？（各说一条即可）

Answer 1

分析：（1）知道水箱容积（水的体积），利用密度公式求水的质量，求出了水的质量，利用重力公式求水受到的重力，再利用功的公式W=Gh求把水抽到12m高的水箱内做的功．
（2）知道水的比热容、质量和温度变化，可利用公式Q_吸=Cm△t计算水吸收的热量，热水器接收到的太阳能有50%转化为水的内能，可利用公式Q=

Q吸

η

计算接收的太阳能．
（3）太阳的优点很多，如太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：
第一：它是人类可以利用的最丰富的能源．取之不尽，用之不竭．
第二：地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值．
第三：太阳能是一种洁净的能源．在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡．绝对不会造成污染和公害．
但雨天或阴天时无法使用．

解答：解：（1）水箱内水的体积：
v=150L=150×10^-3m³，
水箱内水的质量：
m=ρv=1.0×10³kg/m³×150×10^-3m³=150kg，
水箱内水受到的重力：
G=mg=150kg×10N/kg=1500N，
把这些水从地面输送到热水器的水箱中做的功：
W=Gh=1500N×12m=18000J．
答：至少需对这些水做18000J的功．
（2）∵C=4.2×10³J/（kg?℃），△t=t-t₀=65℃-15℃=50℃，
∴水吸收的热量为：
Q_吸=Cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×150kg×50℃=3.15×10⁷J，
所以接收的太阳能为：
Q=

Q吸

η

=

3.15×107J

50%

=6.3×10⁷J．
答：需要接收的太阳能为6.3×10⁷J．
（3）由题可知，使用太阳能可以节能，安全且无污染，但雨天或阴天时无法使用．
优点：使用太阳能可以节约电能等，且无污染；
缺点：但受天气情况制约．

点评：学生对密度公式、吸热公式、效率公式的掌握和运用，及其使用太阳能热水器的优缺点的认识，知识面广，难度大，要求学生要掌握各方面的知识，才能解决综合性的问题．计算时注意单位统一．