Question

（2009?啟東市模擬）在開展“素質教育實踐行”的活動中，小明同學測得武漢地區每年9、10月份向陽處每平方米面積在1小時內得到的太陽輻射平均為3.0×10⁶J．如圖為太陽能熱水器的示意圖，其中A是集熱器，B是水箱，C是電加熱器．在9、10月份期間，請根據產品說明書中的參數和題給條件回答下列問題．（g=10N/kg，水的比熱容c=4.2×10³J/（kg?℃），水的密度ρ=1.0×10³kg/m³．）
SQB型太陽能熱水器性能參數表

型號	外形 尺寸	光照 面積	水箱 容積	每天輸出 熱水（L）		水溫（℃）		電加熱器
	㎜	㎡	L	夏天	冬天	夏天	冬天	電壓 （V）	電功率 （W）
SQB-16/1.2/3	1190 × 1250 × 1190	1.4	100	100 ～ 176	50 ～ 100	50 ～ 90	40 ～ 55	220	1500

（1）集熱器A（其上裝有16根真空鍍膜管）的總有效光照面積為1.4m²，如果以接收太陽能10小時/日計算，每天共吸收多少太陽能？
（2）該太陽能熱水器能將接收到的太陽能的50%轉化為水的內能，若滿水箱水的初溫為20℃，那么它能將水溫升高到多少℃？
（3）若遇連陰雨天，用電加熱器將滿水箱的水加熱升高到與上一問題同樣的溫度，則需費用多少？（設電價為0.5元/度）（設電加熱器產生的熱量全部被水吸收）
（4）對太陽能熱水器的應用作一個簡單的評價，簡述自己的意見或建議．

Answer 1

分析：（1）由題知，武漢地區每年9、10月份向陽處每平方米面積在1小時內得到的太陽輻射平均為3.0×10⁶J，知道集熱器A的總有效光照面積和接收太陽能的時間，求出每天共吸收的太陽能；
（2）求出了太陽能熱水器每天接收的太陽輻射能，根據太陽能熱水器能將接收到的太陽能的50%轉化為水的內能求水吸收的熱量，又知道水的體積可求水的質量，根據吸熱公式求水的末溫；
（3）求出需要消耗的電能W_電=Q_吸，知道電價，可求用電費用；
（4）優點：太陽能取之不盡、無污染；不足：一次性投資較大、受氣候天氣影響．

解答：解：
（1）太陽能熱水器每天接收的太陽輻射能為：
Q=3×10⁶J/（m²?h）×1.4m²×10h=4.2×10⁷J，
水吸收的熱量為：
Q_吸=Qη
=4.2×10⁷J×50%
=2.1×10⁷J，
（2）水的質量：
m=ρV=1000kg/m³×100×10^-3m³=100kg，
∵Q_吸=cm（t-t₀），
∴水的末溫：
t=

Q吸

cm

+t₀=

2.1×107J

4.2× 103J/(kg?℃)×100kg

+20℃=70℃；
（3）用電加熱器將滿水箱的水加熱升高到與上一問題同樣的溫度需要消耗的電能：
W_電=Q_吸=2.1×10⁷J≈5.8kW?h，
費用：0.5元/kW?h×5.8kW?h=2.9元；
（4）使用太陽能熱水器環保、安全、長時間使用經濟，但一次性投資較大、受氣候天氣影響．
答：（1）每天共吸收4.2×10⁷J太陽能；
（2）它能將水溫升高到70℃；
（3）若遇連陰雨天，用電加熱器將滿水箱的水加熱升高到與上一問題同樣的溫度，則需費用2.9元；
（4）環保、安全、長時間使用經濟，但一次性投資較大、受氣候天氣影響．

點評：本題主要考查了密度公式的應用、太陽能熱水器的熱量計算及其使用太陽能熱水器的優缺點的認識，從說明書中得到相關信息是本題的關鍵，做題同時提高了學生開發新能源的意識，有意義！