Question

15．如圖所示，簡易太陽能熱水器受光面積1.2m²，內(nèi)裝80kg水，太陽每分鐘輻射到1m² 面積上的熱量是7.56×10⁴ J，如果60%的熱量被水吸收，問：
（1）太陽能熱水器內(nèi)壁為什么涂成黑色？
（2）20℃的水曬3h后水溫達多少攝氏度（℃）？
（3）煤氣的熱值是4.2×10⁷J/kg，若煤氣灶的效率為40%，燒熱（達到（2）中水的末溫）這些水需燃燒多少千克煤氣？

Answer 1

分析 （1）管外壁涂成黑色，是因為黑色表面更易吸收太陽的熱．
（2）已知太陽每分鐘輻射到1m²面積上的熱量是7.56×10⁴J，便可以計算出太陽能熱水器3h得到太陽的輻射熱量Q，已知60%的熱量被水吸收，從而可利用公式Q_吸=Qη求出水吸收的熱量，已知水的質量和比熱容，可利用公式△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$計算出溫度變化，已知水的初溫，可利用公式t=△t+t₀計算出末溫．
（3）已知水吸收的熱量和煤氣灶的效率，可利用公式Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$計算出煤氣燃燒放出的熱量，已知煤氣的熱值，可利用公式m_氣=$\frac{{Q}_{放}}{q}$計算質量．

解答 解：
（1）管外壁涂成黑色，是因為黑色表面對太陽輻射的吸收本領強，更易吸收太陽的熱．
（1）由題知，太陽每分鐘輻射到1m²面積上的熱量是7.56×10⁴J，
所以太陽能熱水器3h得到太陽的輻射熱量為：Q=1.2m²×3×60min×7.56×10⁴J/（m²•min）=16329600J，
而Q_吸=Qη=16329600J×60%=9797760J，
由Q=cm△t可得：
△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{9797760J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×80kg}$=29.2℃，
從而可知水的溫度：
t=△t+t₀=29.2℃+20℃=49.2℃．
（2）由Q_吸=η_熱Q_放，
所以煤氣燃燒放出的熱量為：Q_放=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{9797760J}{40%}$=24494400J，
由Q放=mq，可得需燃燒煤氣的質量：
m_氣=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{24494400J}{4.2×1{0}^{7}J/kg}$=0.5832kg．
答：（1）黑色表面對太陽輻射的吸收本領強；
（2）20℃的水曬3h后水溫是49.2℃；
（3）燒熱這些水需燃燒0.5832kg煤氣．

點評 本題通過對太陽能輻射熱的吸收率的理解，及水吸熱的計算，知道利用太陽能的優(yōu)點，解決燃料利用率的問題，計算中要細心．