Question

某太陽(yáng)能熱水器，可以貯水100L，天氣好時(shí)，吸收的太陽(yáng)輻射能可以使水溫升得足夠高；陰雨天可用電輔助加熱，它的電加熱棒的額定電壓是220V，額定功率是2000W．
（1）若在陽(yáng)光的照射下，100L的水溫從20℃上升到50℃，吸收太陽(yáng)的熱量是多少？（水的比熱c=4.2×10³ J/（kg?℃））
（2）若在陰雨天僅用電熱加熱棒在額定電壓下將這些水加熱，使之升高相同的溫度，需要多長(zhǎng)的時(shí)間？（假設(shè)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水吸收的內(nèi)能） 電加熱棒的電阻是多大？
（3）實(shí)際上用電加熱時(shí)間需要2h，實(shí)際加熱時(shí)間長(zhǎng)的原因是什么？使用太陽(yáng)能有什么好處？

Answer 1

分析：（1）已知水的體積和密度，根據(jù)公式m=ρV可求水的質(zhì)量；再利用公式Q_吸=cm（t-t₀）可求水吸收的熱量；
（2）根據(jù)公式Q=W=Pt可求需要的時(shí)間；再利用公式R=

U2

P

可求電加熱棒的電阻；
（3）實(shí)際加熱時(shí)間長(zhǎng)的原因可能是有熱量損失或者當(dāng)時(shí)的實(shí)際電壓較低等；使用太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)可以從經(jīng)濟(jì)、可再生、環(huán)保方面分析．

解答：解：（1）水的質(zhì)量m=ρ_水V=1000kg/m³×100×10^-3m³=100kg；
吸收太陽(yáng)的熱量是Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×（50℃-20℃）=1.26×10⁷J；
答：吸收太陽(yáng)的熱量是1.26×10⁷J；
（2）因?yàn)镼=W=Pt
所以加熱的時(shí)間為t=

W

P

=

1.26×107J

2000W

=6300s；
電加熱棒的電阻R=

U2

P

=

(220V)2

2000W

=24.2Ω；
答：加熱的時(shí)間為6300s；電加熱棒的電阻為24.2Ω；
（3）實(shí)際加熱時(shí)間長(zhǎng)的原因是有熱量損失、實(shí)際電壓低于220V；   使用太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)有環(huán)保、節(jié)約常規(guī)能源等．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)知識(shí)，知識(shí)面廣，難度大，要求學(xué)生要掌握各方面的知識(shí)，才能解決綜合性的問(wèn)題．