Question

14．閱讀下列短文，回答短文后的問題：
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內能，將管內的水加熱；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）你認為不能（選填“能”或“不能”）將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面上，理由是因為玻璃是熱的不良導體，集熱管中有是真空，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，哪些形式的能發生了變化？內能，勢能（重力勢能、機械能）．（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1.68×10⁷J．[水的比熱容4.2×10³J/（kg?℃）]

Answer 1

分析 （1）黑色吸熱層能把太陽能轉化為內能，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）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．

解答 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，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）水箱中升溫后的水與原來在地面上相比較，溫度升高、內能增大；位置變高、重力勢能變大；
（4）水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（55℃-15℃）=1.68×10⁷J；
答：（1）內，大于；
（2）不能，因為玻璃是熱的不良導體，集熱管中有是真空，不利于將熱量傳遞給管內的水
（3）內能，勢能（重力勢能、機械能）；
（4）1.68×10⁷．

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，綜合性強，屬于難題．