Question

太陽能熱水器具有安全、節能、經濟和環保等優點．為有效利用太陽能，某研究性學習小組對“物體吸收太陽能的能力與表面顏色之間的關系”進行了實驗研究：在兩只相同的燒杯中裝有質量和初溫相同的水，燒杯外用一個黑色塑料袋和一個白色塑料袋密封，插入溫度計（溫度計的玻璃泡浸沒在水中，大部分刻度露出可見），放在陽光下曝曬．每隔相同的時間讀出溫度計的示數，數據記錄如下：

塑料袋顏色	水的質量m（kg）	初溫t0℃	溫度t1℃	溫度t2℃	溫度t3℃	…
黑色	1	15	22.3	27.8	31.5	…
白色	1	15	16.5	17.8	19	…

根據上述數據回答下列問題：
（1）這次實驗過程中，采用的科學研究方法是

 

；
（2）通過上面的研究可以推斷：太陽能熱水器的集熱管表面顏色以

 

為宜；
（3）小明家使用的太陽能熱水器的說明書如圖，若在太陽能熱水器的水箱中裝滿水，中午在太陽照曬下每小時溫度升高10℃，則該熱水器中的水每小時吸收的熱量是多少？該熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽能是多少？

容積	100L
集熱箱的采光面積	1.5m2
效率	40%
使用年限	15年

Answer 1

分析：（1）本實驗通過瓶內水溫度的變化大小，得出水吸熱多少，從而說明黑、白顏色物體的吸熱能力，實驗中讓水的質量、容器、水的初溫相同，只改變顏色，采用了控制變量法．
（2）在同樣的條件下，黑色瓶內水溫度的升高的多，水吸熱多，說明黑顏色物體的吸熱能力強，太陽能熱水器的集熱管表面顏色以黑色為宜；
（3）從表中知道熱水器的容積，利用密度公式求出水的質量，又知道水溫的變化和水的密度，利用吸熱公式求水吸收的熱量；
求出了水吸收的熱量，又知道采光面積、熱水器的吸熱效率，求熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽能．

解答：解：（1）本實驗探究黑、白顏色物體的吸熱能力，實驗時讓讓水的質量、容器、水的初溫相同，采用了控制變量法；
（2）通過實驗說明黑顏色物體的吸熱能力強，太陽能熱水器的集熱管表面顏色以黑色為宜；
（3）v=100L=100×10^-3m³，
水的質量：
m=ρv=1×10³kg/m³×100×10^-3m³=100kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×10℃=4.2×10⁶J；
熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽能為Q，
∵Q_吸=Q×1.5×3600×40%，
∴Q=

Q吸

1.5×3600×40%

=

4.2×106J

1.5×3600×40%

=1944J．
故答案為：（1）控制變量；
（2）黑色；
（3）該熱水器中的水每小時吸收的熱量是4.2×10⁶J，該熱水器中午每秒鐘每平方米的面積上獲得的太陽能是1944J．

點評：本題考查了密度公式、吸熱公式，涉及到控制變量法和從提供的表格中搜集信息，屬于難題．