Question

小华同学家安装了一台太阳能热水器，晴天可利用太阳能集热，阴雨天可用电辅助加热，铭牌如下：

××牌V-55型热水器
额定电压220V	额定容积100L
额定功率2000W	额定频率50Hz

（1）若平均每平方米面积上每小时接收的太阳能约为2.8×10⁸J．该热水器接受太阳能的有效面积为1.5m²，每天日照时间8h，则它1天中接收的太阳能E约为多少？若太阳能装满水，这些太阳能有60%被热水器吸收，则可使水温升高多少？[水的比热容为4.2×10³J/（kg?℃）　取g=10N/kg]
（2）若该热水器1天中接收的太阳能由电加热提供，则热水器正常工作的电流是多少？，热水器需正常工作时间是多长？
（3）一天，小华在晚饭后用电烧水，发现将贮满水的热水器中的水从20℃升高到60℃，晚上比白天烧水用的时间长，原因是：______，他仔细查看了太阳能热水器的说明书，发现其发热体就是一根电热丝．他想将它改造一上，使其加热时间缩短，请你给他提出一种改造的方案：______．
（4）请从能源和可持续发展的角度，说出提倡开发利用太阳能的主要理由；说出当前利用太阳能方面所面临的主要问题．

Answer 1

解：（1）它1天中接收的太阳能E约为：E=2.8×10⁶J×1.5×8=3.36×10⁷J；
热水器装满水的质量为：m=ρv=1.0×10³ kg/m³×100L=100kg，
由公式Q=cm（t₂-t₁）可求水温升高为：
（t₂-t₁）====48℃；
（2）热水器正常工作的电流可由P=UI得：I==≈9.1A；
热水器需正常工作时间可由E=W=Pt求出：t====1.68×10⁴s=4.67h；
（3）晚饭后为用点高峰时段，电压低，在相同时间内产生的热量少．再并联一根电阻丝可减小电阻增大电流，使功率变大，缩短烧水时间；
（4）使用太阳能不仅清洁无污染，而且还节约能源．当前利用太阳能方面所面临的主要问题有：转化率低，且易受到天气的影响．
答：（1）它1天中接收的太阳能E约为3.36×10⁷J；可使水温升高48℃；
（2）热水器正常工作的电流约为9.1A；热水器需正常工作约4.67小时；
（3）晚饭后为用点高峰，电压低，在相同时间内产生的热量少．再并联一根电阻丝；
（4）提倡开发太阳能的理由：太阳能清洁无污染，可节约其他不可再生能源．
当前利用太阳能方面所面临的主要问题有：转化率低，且易受到天气的影响等．
分析：（1）根据太阳能每平方米每小时接收的太阳能，乘以面积和时间，即可得出1天中接收的太阳能E；再利用吸热公式变形，即可求出水温升高的情况；
（2）热水器正常工作时的电流可通过表中的额定功率和额定电压求出；正常工作的时间则用公式t=计算；
（3）晚饭后属用电的高峰时间，电压相对较低；并联一根电阻丝可减小电阻，增大功率，缩短烧水时间；
（4）根据对太阳能的了解，结合实际可提出太阳能的优点及面临问题．
点评：此题中的计算主要用到了热量的公式、功率的公式以及密度的公式等，虽略显繁琐，但只要搞清数据间的关系，能熟练运用公式，便不是太难解答．
对于第三问，串联电阻虽理论上可以缩短烧水时间，但同样可能造成安全隐患，不赞成真的这么做．
太阳能是目前大力开发的主要能源之一，我们应对其进行一些必要的了解．