Question

（2010?內(nèi)鄉(xiāng)縣二模）小華同學(xué)家安裝了一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，晴天可利用太陽(yáng)能集熱，陰雨天可用電輔助加熱，銘牌如下：

××牌V-55型熱水器
額定電壓220V	額定容積100L
額定功率2000W	額定頻率50Hz

（1）若平均每平方米面積上每小時(shí)接收的太陽(yáng)能約為2.8×10⁸J．該熱水器接受太陽(yáng)能的有效面積為1.5m²，每天日照時(shí)間8h，則它1天中接收的太陽(yáng)能E約為多少？若太陽(yáng)能裝滿(mǎn)水，這些太陽(yáng)能有60%被熱水器吸收，則可使水溫升高多少？[水的比熱容為4.2×10³J/（kg?℃）  取g=10N/kg]
（2）若該熱水器1天中接收的太陽(yáng)能由電加熱提供，則熱水器正常工作的電流是多少？，熱水器需正常工作時(shí)間是多長(zhǎng)？
（3）一天，小華在晚飯后用電燒水，發(fā)現(xiàn)將貯滿(mǎn)水的熱水器中的水從20℃升高到60℃，晚上比白天燒水用的時(shí)間長(zhǎng)，原因是：

晚飯后為用點(diǎn)高峰，電壓低，在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量少

，他仔細(xì)查看了太陽(yáng)能熱水器的說(shuō)明書(shū)，發(fā)現(xiàn)其發(fā)熱體就是一根電熱絲．他想將它改造一上，使其加熱時(shí)間縮短，請(qǐng)你給他提出一種改造的方案：

再并聯(lián)一根電阻絲

．
（4）請(qǐng)從能源和可持續(xù)發(fā)展的角度，說(shuō)出提倡開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的主要理由；說(shuō)出當(dāng)前利用太陽(yáng)能方面所面臨的主要問(wèn)題．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)太陽(yáng)能每平方米每小時(shí)接收的太陽(yáng)能，乘以面積和時(shí)間，即可得出1天中接收的太陽(yáng)能E；再利用吸熱公式變形，即可求出水溫升高的情況；
（2）熱水器正常工作時(shí)的電流可通過(guò)表中的額定功率和額定電壓求出；正常工作的時(shí)間則用公式t=

W

P

計(jì)算；
（3）晚飯后屬用電的高峰時(shí)間，電壓相對(duì)較低；并聯(lián)一根電阻絲可減小電阻，增大功率，縮短燒水時(shí)間；
（4）根據(jù)對(duì)太陽(yáng)能的了解，結(jié)合實(shí)際可提出太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)及面臨問(wèn)題．

解答：解：（1）它1天中接收的太陽(yáng)能E約為：E=2.8×10⁶J×1.5×8=3.36×10⁷J；
熱水器裝滿(mǎn)水的質(zhì)量為：m=ρv=1.0×10³ kg/m³×100L=100kg，
由公式Q=cm（t₂-t₁）可求水溫升高為：
（t₂-t₁）=

Q

cm

=

E×60%

cm

=

3.36×107J×60%

4.2×103J/(kg?℃)×100kg

=48℃；
（2）熱水器正常工作的電流可由P=UI得：I=

P

U

=

2000W

220V

≈9.1A；
熱水器需正常工作時(shí)間可由E=W=Pt求出：t=

W

P

=

E

P

=

3.36×107J

2000W

=1.68×10⁴s=4.67h；
（3）晚飯后為用點(diǎn)高峰時(shí)段，電壓低，在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量少．再并聯(lián)一根電阻絲可減小電阻增大電流，使功率變大，縮短燒水時(shí)間；
（4）使用太陽(yáng)能不僅清潔無(wú)污染，而且還節(jié)約能源．當(dāng)前利用太陽(yáng)能方面所面臨的主要問(wèn)題有：轉(zhuǎn)化率低，且易受到天氣的影響．
答：（1）它1天中接收的太陽(yáng)能E約為3.36×10⁷J；可使水溫升高48℃；
（2）熱水器正常工作的電流約為9.1A；熱水器需正常工作約4.67小時(shí)；
（3）晚飯后為用點(diǎn)高峰，電壓低，在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量少．再并聯(lián)一根電阻絲；
（4）提倡開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的理由：太陽(yáng)能清潔無(wú)污染，可節(jié)約其他不可再生能源．
當(dāng)前利用太陽(yáng)能方面所面臨的主要問(wèn)題有：轉(zhuǎn)化率低，且易受到天氣的影響等．

點(diǎn)評(píng)：此題中的計(jì)算主要用到了熱量的公式、功率的公式以及密度的公式等，雖略顯繁瑣，但只要搞清數(shù)據(jù)間的關(guān)系，能熟練運(yùn)用公式，便不是太難解答．
對(duì)于第三問(wèn)，串聯(lián)電阻雖理論上可以縮短燒水時(shí)間，但同樣可能造成安全隱患，不贊成真的這么做．
太陽(yáng)能是目前大力開(kāi)發(fā)的主要能源之一，我們應(yīng)對(duì)其進(jìn)行一些必要的了解．