Question

表一是某同學家的太陽能熱水器銘牌上的部分數據，表二是裝滿水時太陽能熱水器的水溫變化情況。
     表一

采光面積	容量	水箱尺寸	效率	支架材料
2.5m2	150L	Φ550mm×1500mm	50%	鋅彩板

表二

時刻	9：00	9：30	10：00	10：30	11：00	11：30	12：00
溫度/℃	44	45	47	49	52	54	55
時刻	12：30	13：00	13：30	14：00	14：30	15：00
溫度/℃	57	58	60	61	62	63

（1）目前直接利用太陽能的方式有兩種，一種是用集熱器把水等物質加熱，另一種是________________________。

（2）太陽能熱水器的支架與樓頂接觸處均墊有一塊面積較大的相同的磚塊，這樣做的好處是_____________________________。表二中數據顯示在不同時段水的溫度升高不同，原因可能是________________。

（3）在11：00－14：30這段時間內，樓頂每平方米的面積上太陽輻射的功率約為多少瓦？[c_水＝4．2×10³J/(kg·℃)]

Answer 1

（1）把太陽能轉化成電能

（2）減小支架與樓頂接觸處的壓強；不同時段太陽能熱水器吸收的太陽能不同（不同時段太陽光的強弱不同；不同時段氣溫不同；不同時段太陽光照射的角度不同等）

（3）Q=cmΔt=cρVΔt=4.2×10³ J/(kg·℃)×1.0×10³ kg/m³×150×10^-3m³×（62℃-52℃）=6.3×10⁶J

太陽輻射的功率P=Q/Stη=6.3×10⁶J/（2.5m²×3.5×3.6×10³s×0.5）=4×10²W

【解析】考查點：太陽能。分析：（1）直接利用太陽能的方式還有把太陽能轉化為電能；（2）由于太陽能熱水器注滿水后總重力較大，所以在與樓頂接觸處墊有一塊面積較大的相同的磚塊，目的是為了減小太陽能支架對樓頂的壓強，防止破壞樓頂；根據焦耳定律Q=cmΔt可知，如果太陽能能夠在相同時間內吸收相同的熱量，則其溫度升高是均勻的，但是溫度升高不均勻說明太陽能吸收熱量是不均勻的，故其原因可能是不同時段太陽能熱水器吸收的太陽能不同（不同時段太陽光的強弱不同；不同時段氣溫不同；不同時段太陽光照射的角度不同等）；在11：00－14：30這段時間內，水溫由52℃上升到62℃，水的質量可以根據參數中的容量計算出來，再根據焦耳定律可計算出這些水吸收的熱量，即：Q=cmΔt=cρV（t-t₀）=4.2×10³ J/(kg·℃)×1.0×10³ kg/m³×150×10^-3m³×（62℃-52℃）=6.3×10⁶J，太陽輻射的功率即為太陽每秒鐘輻射在每平方米的熱量，所以采光面積S=2.5m²，光照時間為t=3.5h=3.5×3.6×10³s，η=50%=0.5，所以太陽輻射的功率P=Q/Stη=6.3×10⁶J/（2.5m²×3.5×3.6×10³s×0.5）=4×10²W。

難點分析：此題難點在于計算太陽輻射的功率，關鍵是要明確太陽輻射的功率即為太陽每秒鐘輻射在每平方米的熱量，再根據效率公式結合太陽輻射功率進行計算。