Question

如圖是太陽能熱水器的裝置圖．它主要由太陽能吸熱板和補水箱等組成，它利用水的對流與循環把水加熱．補水箱內裝40kg水，如果每分鐘吸收太陽輻射的能量為8.4×10⁴J，其中60%被水吸收（C水=4.2×10³J/（kg?℃）．求：
（1 ）請說出太陽能熱水器的工作原理．
（2 ）將補水箱里20℃的水經吸熱板加熱1小時水溫為多少度？
（3 ）若改用額定功率為1.5kw的電熱器把質量相同的水加熱至相同溫度，至少需要多少時間？（不計熱量損失）

Answer 1

分析：（1）太陽能熱水器是將太陽輻射的光能轉化為水的內能來提高水的溫度．
（2）先求出加熱1小時太陽熱板吸收太陽輻射的能量，然后根據效率求出水吸收的熱量，再根據熱量公式Q_吸=cm△t求出水的末溫．
（3）不計熱量損失，如果用電熱器加熱，根據水吸收的熱量來自電熱器消耗的電能，即Q_吸=W=Pt即可求出需要的時間．

解答：解：（1）太陽能熱水器的工作原理：將太陽輻射的光能轉化為水的內能；
（2）∵太陽能吸熱板每分鐘吸收太陽輻射的能量為8.4×10⁴J，
∴1小時吸收太陽輻射的能量：Q=8.4×10⁴J×60=5.04×10⁶J
Q_吸=Q×60%=5.04×10⁶J×60%=3.024×10⁶J
由Q_吸=cm（t-t₀）得：
t=

Q吸

cm

+t0=

3.024×106J

4.2×103J/kg×40kg

+20℃=38℃；
（3）Q_吸=W=Pt
即：3.024×10⁶J=1.5×10³W×t
解得：
t=2016s=33.6min．
答：（1 ）太陽能熱水器的工作原理：利用太陽輻射的能量和水的對流與循環把水加熱；
（2 ）將補水箱里20℃的水經吸熱板加熱1小時水溫為38℃；
（3 ）若改用額定功率為1.5kw的電熱器把質量相同的水加熱至相同溫度，至少需要33.6min．

點評：本題考查學生對生活中能量轉化的理解，以及熱量公式、功的公式的運用和計算能力，要求學生要熟練掌握這些物理知識解決實際問題．