Question

太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息

Answer 1

解题思路：（1）由表中数据知道水的质量、水的比热容、水的温度升高值，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量（有用能量）；

（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，即Q_放=Q_吸，再利用Q_放=vq求需要完全燃烧多少天然气；

（3）由太阳辐射功率知道1h内投射到1m²面积上的太阳能，据此求出10h吸收的太阳能（总能量），再利用效率公式求太阳能热水器的能量转化效率．

已知：水的质量m=100kg，水升高的温度△t=50℃，水的比热c=4.2×10³J/（kg•℃），太阳辐射功率P=1.68×10⁶J/（m2•h），时间t=10h，天然气的热值为q=8.4×l0⁷J/m³，吸热板面积为S=2.5m²．

求：（1）水在10h内吸收的热量Q_吸=？；（2）完全燃烧天然气的体积V=？；（3）吸热板共吸收太阳能Q_总=？；太阳能热水器的能量转化效率η=？

（1）水吸收的热量（有用能量）：

Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×50℃=2.1×10⁷J；

（2）由题知，Q_放=vq=Q_吸=2.1×10⁷J，

需要天然气的体积：

v=

Q放

q=

2.1×107J

8.4×107J/kg=0.25m³；

（3）10h太阳能热水器吸收的太阳能（总能量）：

Q_总=1.68×10⁶J/（m²•h）×2.5m²×10h=4.2×10⁷J，

η=

Q吸

Q总×100%=

2.1×107J

4.2×107J×100%=50%．

答：（1）水在10h内吸收的热量为2.1×10⁷J；

（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧0.25m³的天然气；

（3）吸热板共吸收太阳能4.2×10⁷J；该太阳能热水器的能量转化效率为50%．

点评：

本题考点： 热量的计算；能量利用效率；燃料的热值．

考点点评： 本题考查了学生对吸热公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用，本题关键：一是能从题目提供的表格中得到相关信息，二是注意热值单位：固体、液体燃料（J/kg）和气体燃料J/m3的区别．