Question

太陽(yáng)能是一種理想的綠色能源，太陽(yáng)能熱水器深受廣大用戶(hù)的青睞．如圖所示為某品牌太陽(yáng)能熱水器．
（1）熱水器集熱管采用雙層結(jié)構(gòu)

防止熱對(duì)流引起熱損失

，外層透明，兩層之間是真空的

防止熱傳導(dǎo)引起熱損失

，內(nèi)層內(nèi)壁涂成銀色

防止管內(nèi)熱水向外散熱

，內(nèi)層外壁涂成黑色

更易吸收太陽(yáng)的熱

，從物理學(xué)角度看，這樣做的目的是什么？
（2）該太陽(yáng)能熱水器的水箱總?cè)莘e為100L，4、5月份晴朗的天氣下，一滿(mǎn)箱15℃的水到傍晚時(shí)，水溫可達(dá)到65℃，如果用煤氣來(lái)加熱，需要完全燃燒多少立方米的煤氣？
（3）水箱中的水溫在冬天有時(shí)不夠高，一般都預(yù)裝了電加熱器．若該電加熱器的規(guī)格為“220V  2.4kW”，家里當(dāng)時(shí)的實(shí)際電壓只有200V，要把滿(mǎn)箱水溫仍然從15℃提高到65℃，需加熱多少小時(shí)？
（4）若某用戶(hù)家的太陽(yáng)能熱水器架設(shè)在20m高的樓頂，則從理論上看，將水注滿(mǎn)熱水器，這部分水的機(jī)械能增加了多少？

Answer 1

分析：（1）熱水器集熱管采用雙層結(jié)構(gòu)并將內(nèi)外玻璃管之間抽成真空，形成真空度為0.05Pa的真空夾層，以減少由于空氣對(duì)流和傳導(dǎo)而引起的熱損失，這與熱水瓶的原理相似；管內(nèi)壁涂成銀色，都是為了防止管內(nèi)熱水向外散熱；管外壁涂成黑色，是因?yàn)楹谏�表面更易吸收太�?yáng)的熱．
（2）首先利用公式m=ρv計(jì)算出水的質(zhì)量，然后根據(jù)公式Q_吸=cm（t-t₀）計(jì)算出水吸收的熱量，再根據(jù)公式v=Q/q計(jì)算出燃燒煤氣的體積．
（3）因?yàn)楫?dāng)時(shí)的電壓達(dá)不到電加熱器的額定電壓，因此要首先計(jì)算出它的實(shí)際功率P_實(shí)=

U 2 實(shí)

R

，再用公式W=Q_吸=P_實(shí)t計(jì)算出加熱的時(shí)間．
（4）機(jī)械能的改變可以用做功的多少去衡量，因此克服水的重力做了多少功，機(jī)械能就會(huì)增加多少．

解答：解：（1）采用雙層并將兩層間抽成真空，以減少由于空氣對(duì)流和傳導(dǎo)而引起的熱損失，管內(nèi)壁涂成銀色，都是為了防止管內(nèi)熱水向外散熱；管外壁涂成黑色，是因?yàn)楹谏�表面更易吸收太�?yáng)的熱．
（2）集熱器中水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×100×10^-3m³=100kg
燃燒煤氣放出的熱量等于水吸收的熱量：
Q=Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×（65℃-15℃）=2.1×10⁷J
需要完全燃燒煤氣的體積：
v_煤氣=

Q

q

=

2.1×107J

4×107J/m3

=0.525m³
（3）加熱器的額定功率：P_額=2.4kW=2400W
電加熱器的電阻：
R=

U 2 額

P額

=

(220V)2

2400W

=20Ω
電加熱器的實(shí)際功率：
P_實(shí)=

U 2 實(shí)

R

=

(200V)2

20Ω

=2000W
W=Q_吸=2.1×10⁷J
故用電加熱的時(shí)間為：
t=

W

P實(shí)

=

2.1×107J

2000W

=1.1×10⁴s=3.1h
（4）克服重力做的功就是增加的機(jī)械能：
W=Gh=mgh=100kg×10N/kg×20m=2×10⁴J
故答案為：（1）這樣做的目的是：采用雙層并將兩層間抽成真空，以減少由于空氣對(duì)流和傳導(dǎo)而引起的熱損失，管內(nèi)壁涂成銀色，都是為了防止管內(nèi)熱水向外散熱；管外壁涂成黑色，是因?yàn)楹谏�表面更易吸收太�?yáng)的熱．
（2）0.525m³；（3）3.1h；（4）2×10⁴J

點(diǎn)評(píng)：此題主要考查電和熱的綜合計(jì)算能力，屬于中考?jí)狠S題，對(duì)學(xué)生的公式應(yīng)用能力和綜合計(jì)算能力要求比較高．