Question

【題目】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．

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）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 能，將管內的水加熱．

（2）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 ．

（3）水箱中升溫后的水與原來在地面上相比較，哪些形式的能發生了變化？ ．（需填兩種能）

（4）將質量為100kg的初溫為15℃的水加熱到55℃，求這些水需要吸收的熱量為 J．[水的比熱容4.2×103J/（kg℃）]

（5）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（4）小題中水吸收的熱量由該熱水器提供，則需要加熱的時間為 秒．

Answer 1

【答案】（1）內；（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；（3）重力勢能變大；內能增大；（4）1.68×107；（5）1.5×104．

【解析】

試題分析：（1）根據能量的轉化和轉移進行解答；

（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）從高度變化分析重力勢能的變化，從溫度變化分析物體內能的變化；

（4）知道水的比熱容、水的初溫和末溫，利用吸熱公式Q吸=cm△t求水吸收的熱量；

（5）利用水吸收的熱量和效率公式求出需要吸收的太陽能，再根據太陽能輻射到地面的平均功率求出加熱的時間．

解：

（1）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；

（2）黑色的材料是吸收太陽輻射熱，目的是將熱量傳遞給管內的水，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）水箱中升溫后的水與原來在地面上相比較，位置變高、重力勢能變大；溫度升高、內能增大；

（4）水吸收的熱量：

Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg℃）×100kg×（55℃﹣15℃）=1.68×107J；

（5）由Q吸=Q太陽′η=PStη得：

加熱時間t===1.5×104s．

故答案為：（1）內；（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；（3）重力勢能變大；內能增大；（4）1.68×107；（5）1.5×104．