Question

下表是某電輔式太陽(yáng)能熱水器的部分參數(shù)，夏天用溫度為20℃的水將保溫桶充滿．假設(shè)熱水器接收到的太陽(yáng)能有50%被水吸收，在最好的日光充分照射下，試求：

保溫桶容積（L）		150
采光面積（m2）		2.5
水溫（℃）	夏天	45～90
	冬天	40～60
電熱管			220V   2000W

（1）當(dāng)水溫恰好達(dá)到最高時(shí)，需要多少太陽(yáng)能？
（2）若晚間無陽(yáng)光時(shí)用電熱管加熱，達(dá)到同樣要求，在電熱管不計(jì)熱量損失的情況下需熱多長(zhǎng)時(shí)間？
（3）請(qǐng)簡(jiǎn)要說出一條太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)．

Answer 1

分析：（1）先利用密度公式m=ρV求出水的質(zhì)量，再根據(jù)吸熱公式Q_吸=Cm（t-t₀）求出水吸收的熱量；再根據(jù)熱水器接收到的太陽(yáng)的效率計(jì)算太陽(yáng)能熱水器吸收的太陽(yáng)能．
（2）若晚間無陽(yáng)光時(shí)用電熱管加熱，達(dá)到同樣要求，即利用電熱管將保溫桶里的水溫度由20℃升高到90℃時(shí)，電熱管需加熱需多長(zhǎng)時(shí)間．
（3）比較太陽(yáng)能熱水器與普通的電熱水器、煤氣熱水器的不同，可知太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)．

解答：解：（1）保溫箱充滿水時(shí)：
水的質(zhì)量m=ρ_水V=1.0×10³kg/m³×150×10^-3m³=150kg；
當(dāng)最好的日光充分照射下，水溫達(dá)到最高值，t=90℃，
∴Q_吸=C_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg?℃）×150kg×（90℃-20℃）=4.41×10⁷J；
∵太陽(yáng)能有50%被水吸收；
∴Q太陽(yáng)=

Q吸

50%

=

4.41×107J

50%

=8.82×107J；
答：在最好的日光充分照射下，當(dāng)水溫恰好達(dá)到最高時(shí)，需要吸收8.82×10⁷J的太陽(yáng)能．
（2）若晚間無陽(yáng)光時(shí)用電熱管加熱，達(dá)到同樣要求，不計(jì)熱量損失時(shí)；即：Q_吸=Q_電；
又∵Q_電=Pt；
∴t=

Q電

P

=

Q吸

P

=

4.41×107J

2000W

=22050s=6.125h；
答：若晚間無陽(yáng)光時(shí)用電熱管加熱，達(dá)到同樣要求，在電熱管不計(jì)熱量損失的情況下需加熱6.125小時(shí)．
（3）普通的電熱水器需消耗電能，煤氣熱水器需消耗煤氣、燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生廢氣污染空氣，而太陽(yáng)能熱水器都避免這些，具有節(jié)能、無污染、環(huán)保、高效利用太陽(yáng)能．
答：太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)能、無污染、環(huán)保、高效利用太陽(yáng)能．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生熱量的計(jì)算和能量的利用率的運(yùn)用，需注意利用太陽(yáng)能和電加熱的目的一樣，是將熱水器里的水加熱到一定的溫度．