Question

13．為了響應(yīng)“節(jié)能減排”的號(hào)召，小周家買(mǎi)了一臺(tái)容積為100L的太陽(yáng)能熱水器．請(qǐng)你與小周一起，對(duì)該太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行研究與計(jì)算．
（1）太陽(yáng)能熱水器是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）小周早晨把熱水器加滿(mǎn)水，溫度傳感器顯示水溫為18℃，下午放學(xué)時(shí)看到顯示的水溫為78℃，則熱水器中的水吸收了多少熱量？[C_水=42．×10³J/（kg•℃]
（3）該熱水器的說(shuō)明書(shū)中介紹，真空管熱水器可以把90%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，真有這么高的效率嗎？小周查閱資料知道，他們所在地區(qū)單位受光面積接收太陽(yáng)能的功率為P．小周還需要測(cè)量哪些物理量，并運(yùn)用本題計(jì)算出的熱量Q，就可估測(cè)出這臺(tái)熱水器的光熱轉(zhuǎn)化效率？寫(xiě)出效率η的表達(dá)式．（用代表物理量的字母表示，不需要計(jì)算具體數(shù)據(jù)）

Answer 1

分析 （1）太陽(yáng)能熱水器吸收太陽(yáng)能，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，使水的溫度升高；
（2）已知水箱的容積，根據(jù)m=ρV求出水箱裝滿(mǎn)水的質(zhì)量，然后根據(jù)Q=c_水m（t-t₀）求出水吸收的熱量；
（3）單位受光面積上接收太陽(yáng)能的功率乘以光照時(shí)間和受光面積就是接收的太陽(yáng)能；
光熱轉(zhuǎn)化效率等于水吸收的熱量和太陽(yáng)能熱水器接收太陽(yáng)能的比值．

解答 解：
（1）太陽(yáng)能熱水器吸收太陽(yáng)能，使水的溫度升高、內(nèi)能增大，所以太陽(yáng)能熱水器是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）熱水器中水的體積：V=100L=100dm³=0.1m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可知水的質(zhì)量：m=ρV=1×10³kg/m³×0.1m³=100kg；
熱水器中的水吸收的熱量：
Q=c_水m（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（78℃-18℃）=2.52×10⁷J；
（3）已經(jīng)求出了水吸收的熱量Q，要估測(cè)出這臺(tái)熱水器的光熱轉(zhuǎn)化效率，需要測(cè)出該熱水器接收的太陽(yáng)能；
由題意可知，熱水器接收的太陽(yáng)能與受光面積和光照時(shí)間兩個(gè)因素有關(guān)；
所以，小周還需要測(cè)量的物理量有：太陽(yáng)能熱水器的有效受光面積S和兩次水溫記錄之間的光照時(shí)間t．
則熱水器接收的太陽(yáng)能：E=PtS，
所以，光熱轉(zhuǎn)化效率為：η=$\frac{Q}{PtS}$×100%．
答：（1）太陽(yáng)，內(nèi)；
（2）熱水器中的水吸收了2.52×10⁷J的熱量；
（3）小周還需要測(cè)量太陽(yáng)能熱水器的有效受光面積S和兩次水溫記錄之間的光照時(shí)間t；
光熱轉(zhuǎn)化效率的表達(dá)式為η=$\frac{Q}{PtS}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了太陽(yáng)能熱水器的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題、吸收熱量以及轉(zhuǎn)化效率的計(jì)算、推導(dǎo)，關(guān)鍵是接收太陽(yáng)能的計(jì)算以及理解光熱的轉(zhuǎn)化效率．