Question

（10分）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?nèi)粘Ｉ�活的需要。它具有安全、�?jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

如圖甲所示，太陽能熱水器主要由兩部分構(gòu)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(jié)構(gòu)與保溫瓶的玻璃內(nèi)膽相似，只是在玻璃吸熱管的內(nèi)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(dāng)太陽光入射到黑色的吸熱層上時(shí)，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，將管內(nèi)的水加熱。向光一側(cè)的水被加熱后體積增大、密度變小而向上運(yùn)動(dòng)；背光一側(cè)的水由于溫度較低、密度較大而向下運(yùn)動(dòng)，形成冷熱水循環(huán)，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(dāng)太陽光入射到黑色的吸熱層上時(shí)，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉(zhuǎn)化為 能，將管內(nèi)的水加熱；玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度變小，所受到的浮力 重力。

（2）你認(rèn)為 （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 。

（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(fā)生了變化？ 。（需填兩種能）（2分）

（4）將質(zhì)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?℃）] （2分）

（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(zhuǎn)化為水的內(nèi)能），該地點(diǎn)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(shí)間為 秒。 （2分）

Answer 1

（1）內(nèi) 大于

（2）不能 因?yàn)椴Ａ�是熱的不良�?dǎo)體，集熱管中又是真空，不利于將熱量傳遞給管內(nèi)的水

（3）內(nèi)能 勢能（重力勢能、機(jī)械能）；（4）1.68×107J；（5）15000

【解析】

試題分析：（1）黑色物體能夠吸收各種色光，所以，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，將管內(nèi)的水加熱；玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、由F浮=G排=ρ液gV排可知，所受到的浮力增大，大于重力而上升。

（2）玻璃是熱的不良導(dǎo)體，集熱管中又是真空，這樣不利于將熱量傳遞給管內(nèi)的水。所以，不能將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面上。

（3）水箱中升溫后的水，內(nèi)能增加；由于位置升高，重力勢能也增加。；

（4）將質(zhì)量為100kg的初溫為15℃的水加熱到55℃，這些水需要吸收的熱量為

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

（5）該熱水器將質(zhì)量為100kg的初溫為15℃的水加熱到55℃需要吸收的太陽能為Q/=Q/η=1.68×107J/40%=4.2×108J；

需要加熱的時(shí)間為

t= Q//pS=4.2×108J/[1.4×103W/m2×2m2]= 15000s.

考點(diǎn)：能量的轉(zhuǎn)化；阿基米德原理；熱量的計(jì)算