Question

某實驗小組同學研究太陽能實驗，為了測定夏季中午單位面積、單位時間內獲得的太陽能，制作了一個太陽能集熱箱．器材有內壁涂黑的泡沫箱一只，底面積為1m²；高0.3m；溫度計一支；玻璃板一塊（正好蓋住集熱箱并保證箱內氣體密封），如圖所示放在陽光下（假設正午陽光正好垂直射到地面，當天室溫27℃）．按時記錄溫度計的示數(shù)變化，如下表：

時間（分）	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
溫度（℃）	27	28	29.5	31	32.5	34.2	35.6	38.5	40	41.3	42

該組同學還查得空氣比熱C=1000焦/千克?℃，空氣密度約為1.29千克/米³．
空氣吸收熱量的公式為Q=CM△t．根據(jù)本實驗數(shù)據(jù)，試求：
（1）地球單位面積、單位時間獲得的太陽能？
（2）當溫度計溫度不再升高時該組同學發(fā)現(xiàn)玻璃板和集熱箱接觸但沒有壓力，空氣剛好沒有泄露，要想通過氣體的實驗定律計算得到集熱箱內的最高溫度，還需要測出什么物理量？推導出計算公式？
（3）如果此實驗中存在誤差，說出產(chǎn)生誤差的原因．（說出兩點）

Answer 1

分析：由于此題的實驗是為了測定某地在中午單位面積、單位時間內獲得的太陽能，該數(shù)據(jù)等于氣體內能的增加量；
氣體的溫度升高，它的壓強就增大，當玻璃板和集熱箱接觸但沒有壓力，空氣剛好沒有泄露時，剛好是臨界條件；
實驗的誤差包括理論誤差和偶然誤差，理論誤差象容器與外界進行熱交換；玻璃板反射了部分太陽光；偶然誤差在溫度計的讀數(shù)上．

解答：解：（1）單位時間內獲得的太陽能等于氣體內能的增加量；
Q=CM△t=5805J 
 E=

Q

t

=

5805

10×60

=9.675J/M²S                  
（2）還要知道大氣壓P₀和玻璃板地質量m．
當玻璃板和集熱箱接觸但沒有壓力時：氣體的壓強為P，
PS=P₀S+mg
氣體從27⁰C開始到最高溫度作等體積變化得：

P0

T0

=

P

T

 T=

(P0+ mg S )T0

P0

        
（3）實驗的誤差包括理論誤差和偶然誤差，理論誤差象容器與外界進行熱交換；玻璃板反射了部分太陽光；偶然誤差在溫度計的讀數(shù)上．
答：（1）地球單位面積、單位時間獲得的太陽能9.675J/M²S； （2）還要知道大氣壓P₀和玻璃板地質量m． T=

(P0+ mg S )T0

P0

；（3）容器與外界進行熱交換；玻璃板反射了部分太陽光．

點評：在解答此類實驗探究題時，一定要弄清楚實驗的目的，需要測驗的物理數(shù)據(jù)，還要熟悉各種物理儀器的作用和使用方法．