Question

下表是某品牌電輔助加熱式太陽能熱水器的部分參數，假設熱水器接收到的太陽能有80%被水吸收．試求：

保溫水箱容積（L）		150
采光面積（m2）		2.5
水溫（℃）	夏天	45～90
	冬天	30～60
電熱管	電壓220V	功率2000W

（1）夏天用溫度為20℃的水將保溫箱充滿，在最好的日光充分照射下，當水溫恰好達到最高時，需要吸收多少太陽能？[C_水=4.2×10³J/（kg?℃）]
（2）冬天晚間無陽光時用電熱管加熱，保溫箱充滿水使水溫由10℃升高到50℃，在電熱管不計熱量損失的情況下需加熱多長時間？
（3）請簡要說出一條太陽能熱水器的優點．

Answer 1

解：（1）保溫箱充滿水時：
水的質量m=ρ_水V=1.0×10³kg/m³×150×10^-3m³=150kg；
當最好的日光充分照射下，水溫達到最高值，t=90℃，
∴Q_吸=C_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×150kg×（90℃-20℃）=4.41×10⁷J；
∵太陽能有80%被水吸收；
∴；
答：在最好的日光充分照射下，當水溫恰好達到最高時，需要吸收5.51×10⁷J的太陽能．
（2）保溫箱充滿水使水溫由10℃升高到50℃吸收的熱量為：
Q_吸1=C_水m（t₁-t₀₁）=4.2×10³J/（kg?℃）×150kg×（50℃-10℃）=2.52×10⁷J；
∵Q_吸1=Q_電=pt；
∴；
答：保溫箱充滿水使水溫由10℃升高到50℃，在電熱管不計熱量損失的情況下需加熱3.5小時．
（3）普通的電熱水器需消耗電能，煤氣熱水器需消耗煤氣、燃燒時會產生廢氣污染空氣，而太陽能熱水器都避免這些，具有節能、無污染、環保、高效利用太陽能．
答：太陽能熱水器的優點是：節能、無污染、環保、高效利用太陽能．
分析：（1）先利用密度公式m=ρV求出水的質量，再根據吸熱公式Q_吸=Cm（t-t₀）求出水吸收的熱量；然后根據熱水器接收到的太陽的效率計算太陽能熱水器吸收的太陽能．
（2）電熱管不計熱量損失的情況下，先計算保溫箱里的水溫度由10℃升高到50℃吸收的熱量，再計算這些熱量由電熱管加熱需多長時間．
（3）比較太陽能熱水器與普通的電熱水器、煤氣熱水器的不同，可知太陽能熱水器的優點．
點評：本題考查了學生熱量的計算和能量的利用率的運用，進一步了解太陽能在生活中的應用，解答時注意計算題的格式和公式的單位統一．