Question

人類正積極開發和利用太陽能，如太陽能熱水器、太陽能電池等．小穎想測出地球表面接收到太陽能的總功率．
（1）天氣晴朗時，小穎測得太陽能熱水器1h內平均能使質量為36kg的水從20℃升高到30℃，則水吸收了多少熱量？[c_水=4.2×10³J/（kg?℃）]
（2）小穎查得熱水器接收太陽能的總有效面積為1.2m²，熱水器能把接收到的太陽能的50%轉變為水的內能，則這臺熱水器每平方米的面積上接收太陽能的平均功率是多少？
（3）已知地球接收太陽能的總有效面積為1.3×10¹⁴m²，則地球表面接收到太陽能的總功率為多少？小穎查閱相關資料獲知，輻射到地球的太陽能總功率為1.7×10¹⁷w，與她計算得到的功率相差較大，試分析原因是什么？

Answer 1

分析：（1）根據熱量的計算公式為Q=cm△t，從而計算出水吸收了多少的熱量．
（2）太陽能的有效能量轉變為水的內能即水吸收的熱量，所以50%E=Q_水吸，從而計算出太陽能釋放的能量，又因為W=Pt，則可以得出太陽能的功率．
（3）根據上題中太陽能的平均功率，P_總=PS，從而計算出太陽能總功率．
當光遇到物體的表面都會發生反射，光從一種介質斜射入另一種介質時，會發生折射．
大氣層的稀疏程度不同，因而光會在大氣層中發生折射．

解答：解：（1）水吸收的熱量為：
Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×36kg×（30℃-20℃）=1.512×10⁶J．
（2）1h內1.2m²太陽能熱水器接收的能量：
E=

Q

η

=

1.512×106J

50%

=3.024×10⁶J，
1m²接收的能量是：
W=

3.024×106J

1.2m2

=2.52×10⁶J，
功率：
P=

W

t

=

2.52×106J

3600s

=700W．
（3）P_總=PS=700W×1.3×10¹⁴m²=9.1×10¹⁶W，
計算得到的功率相差較大，原因是由于太陽在穿過大氣層時會發生折射和反射，太陽輻射到地球的能量被大氣層反射和吸收．
答：（1）水吸收了1.512×10⁶J的熱量．
（2）這臺熱水器每平方米的面積上接收太陽能的平均功率是700W．
（3）地球表面接收到太陽能的總功率為9.1×10¹⁶W，原因是太陽輻射到地球的能量被大氣層反射和吸收．

點評：本題不僅考查了對熱量的計算還考查了對功及功率的計算，以及光的折射及反射現象的應用．