Question

17．閱讀下面的短文，回答問題，
太陽能熱水器太陽能熱水器能利用太陽能把水從低溫加熱到高溫，以滿足人們日常生活的需要，它具有安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，如圖甲所示，太陽能熱水器主要由兩部分構成：一部分是由許多根玻璃吸熱管組成的集熱器，每根玻璃吸熱管由雙層玻璃管組成，雙層玻璃管之間是真空，如圖乙所示是玻璃吸熱管的工作原理圖，它的結構與保溫瓶的玻璃內膽相似，只是在玻璃吸熱管的內表面涂了一層黑色的吸熱材料；另一部分是保溫儲水箱，保溫儲水箱下部與玻璃吸熱管相通．

請回答以下問題：
（1）當太陽光入射到黑色的吸熱層上時，這是通過熱傳遞的方式改變內能，將管內的水加熱的．
（2）你認為不能（填“能”或“不能”）將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面上，理由是：因為雙層玻璃管（集熱管）中間是真空層，不利于將熱量傳遞給管內．
（3）這臺太陽能熱水器的水箱容積為120L，那么水箱內裝滿水時，在一般的光照條件下．太陽能每天可將滿箱20℃的水加熱到70℃，則水吸收的熱量為2.52×10⁷J．[水的比熱容是4.2×10³J（kg•℃）]
（4）如果熱水器上的集熱器對太陽能的利用效率為40%，在與陽光垂直的地球表面上每平方米得到的太陽輻射功率約為P=1400W．如果將整箱水的溫度從20℃加熱到70℃，需要陽光照射5h，那么熱水器上集熱器的面積至少要是2.5m²．

Answer 1

分析 （1）改變內能的方式有兩種：做功和熱傳遞；
（2）玻璃吸熱管的內表面涂了一層黑色的吸熱材料，吸收太陽輻射熱，傳遞給水，水吸熱溫度升高；若將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面，因為玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水；
（3）根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$求出水的質量；知道水的比熱容、水的初溫和末溫，利用吸熱公式Q_吸=cm（t-t₀）求水吸收的熱量；
（4）利用熱水器上的集熱器對太陽能的利用效率，計算出太陽能熱水器接受的熱量；然后再利用功率的公式P=$\frac{W}{t}$計算出1m²所接受的熱量，最后計算出熱水器上集熱器的面積S．

解答 解：
（1）當太陽光入射到黑色的吸熱層上時，將內能傳遞給管內的水，使水的內能增大；
（2）玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水，不能將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面；
（3）水的體積V=120L=0.12m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得水的質量：
m=ρ_水V=1×10³kg/m³×0.12m³=120kg；
水吸收的熱量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×120kg×（70℃-20℃）=2.52×10⁷J；
（4）設熱水器上集熱器的面積為S，
則這臺太陽能熱水器獲得的輻射功率：P_太=S×1400W/m²；
由P=$\frac{W}{t}$可得太陽照射5h獲得的太陽能：
W_總=P_太t=S×1400W/m²×5×3600s；
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$可得：
Q_吸′=W_有=W_總η=S×1400W/m²×5×3600s×40%；
所以，熱水器上集熱器的面積：
S=$\frac{{Q}_{吸}′}{1400W/{m}^{2}×5h×40%}$=$\frac{2.52×1{0}^{7}J}{1400W/{m}^{2}×5×3600s×40%}$=2.5m²．
故答案為：（1）熱傳遞；（2）不能；雙層玻璃管中間是真空，不利于熱量傳遞給管內的水；
（3）2.52×10⁷ J；（4）2.5 m²．

點評 本題考查了學生對密度公式、吸熱公式和熱值公式的運用，要學會審題，從復雜的題干中搜集有用信息，計算時注意溫度升高了（△t）、升高（△t）和升高到（末溫）的區(qū)別．