Question

小紅同學(xué)家的一臺(tái)太陽能熱水器安裝在樓頂上，它可接收太陽能的真空鍍膜管的總有效面積約為1.5m²，可將接收的太陽能的40%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，熱水器的水箱離地面高12m．內(nèi)裝質(zhì)量為100kg的水，g取10N/kg，c_水=4.2×10³J/（kg?℃）．
（1）把這些水從地面輸送到熱水器的水箱中，至少需對(duì)水做多少功？
（2）6月份的晴天，萍鄉(xiāng)地區(qū)向著陽光的地方平均每1m²的面積在1h內(nèi)得到的太陽能為4.2×10⁶J，如果每天接收太陽能的時(shí)間以10h計(jì)算，可以將100kg、初溫為30℃的水加熱到多高溫度？
（3）請(qǐng)你說出使用太陽能熱水器的優(yōu)點(diǎn)．（至少說出一點(diǎn)）

Answer 1

分析：（1）已知水的質(zhì)量、上升的高度求對(duì)水做的功，利用做功的公式W=Gh計(jì)算做的功；
（2）先算出太陽能熱水器每天接收的太陽輻射能，再根據(jù)比熱容公式就可求出這臺(tái)熱水器每天能將初溫為30℃，質(zhì)量為100kg的水加熱到多少度；
（3）從環(huán)保、節(jié)約能源（省錢）、取之不盡等方面列舉太陽能熱水器的優(yōu)點(diǎn)．

解答：解：（1）對(duì)水做的功：
W=Gh=mgh=100kg×10N/kg×12m=1.2×10⁴J；
（2）太陽能熱水器每天接收的太陽輻射能為：
Q=4.2×10⁶J/（m²?h）×1.5m²×10h=6.3×10⁷J，
水吸收的熱量為：
Q_吸=Qη
=6.3×10⁷J×40%
=2.52×10⁷J，
∵Q_吸=cm（t-t₀）
∴水的末溫：
t=

Q吸

cm

+t₀=

2.52×107J

4.2×103J/(kg?℃)×100kg

+30℃=90℃；
（3）太陽能熱水器是將太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，被水吸收，溫度升高，供人使用，對(duì)環(huán)境無污染．
答：（1）至少需對(duì)水做多少功為1.2×10⁴J；
（2）水加熱到90℃；
（3）太陽能清潔、無污染，取之不盡用之不竭等．

點(diǎn)評(píng)：本題考查的知識(shí)點(diǎn)較多，包括重力公式、做功公式、比熱容公式的計(jì)算，涉及到新能源（太陽能的利用），為了省錢、為了環(huán)保，應(yīng)積極開發(fā)新能源．