Question

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、節能、環保等優點．
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．
玻璃吸熱管工作原理如圖乙所示：當太陽光入射到黑色的吸熱層上時，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉化為內能，將管內的水加熱．向光一側的水被加熱后體積增大、密度變小而向上運動；背光一側的水由于溫度較低、密度較大而向下運動，形成冷熱水循環，最終整箱水都升高至一定的溫度．玻璃吸熱管具有吸熱保溫作用．

請回答以下問題：
（1）太陽能屬于

一次能源

（選擇“一次能源”或“二次能源”）．玻璃吸熱管內向光一側的水吸熱后體積增大、密度變小，所受到的浮力

大于

重力．
（2）能否將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面上？簡單說明理由．

不能．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）將質量為100kg的初溫為20℃的水升高50℃，求這些水需要吸收多少熱量？[水的比熱容是4.2×10³J/（kg?℃）]
（4）某品牌太陽能熱水器集熱器面積為S=2m²，熱效率為η=40%（即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的40%轉化為水的內能），該地點太陽能輻射到地面的平均功率為P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒鐘太陽輻射能為1.4×10³J）．在第（3）小題中水吸收的熱量由該熱水器提供，求需要加熱多少時間？

Answer 1

分析：（1）根據產生的方式可分為一次能源（天然能源）和二次能源（人工能源）．一次能源是指自然界中以天然形式存在并沒有經過加工或轉換的能量資源，一次能源包括可再生能源和不可再生能源；
玻璃吸熱管內向光一側的水吸熱后體積增大、密度變小，根據物體的漂浮條件回答；
（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）知道水的質量、水的比熱容、水的初溫和末溫，利用吸熱公式Q_吸=cm△t求水吸收的熱量；
（4）根據題意可求每秒水吸收的熱量，又知道水吸收的熱量，求需要的加熱時間．

解答：解：（1）太陽能屬于一次能源，玻璃吸熱管內向光一側的水吸熱后體積增大、密度變小，受到水的浮力大于重力而向上運動，另一側的水向下運動，形成對流；
（2）不能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）水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×50℃=2.1×10⁷J
（4）熱水器每秒水吸收的熱量：
Q_吸′=Pst×40%=1.4×10³W/（s?m²）×2m²×1s×40%=1.12×10³J，
∴加熱時間：
t=

2.1×107J

1.12×103J/s

=18750s≈5.2h．
故答案為：（1）一次能源，大于；
（2）不能；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）水吸收的熱量為2.1×10⁷J；
（4）加熱時間為5.2h．

點評：本題考查了學生對物體的浮沉條件、熱量的計算和能量的利用率的運用，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）的區別．