Question

【題目】今年春節，小周家買了一臺太陽能熱水器，如圖所示。相關參數如下表所示，小周同學想利用自己學習過的物理知識對太陽能熱水器進行研究與計算。

太陽照射時間/h	吸收板面積/m2	太陽輻射功率/J·（m2·h）－1	裝水量/L	水的初溫/℃	水的末溫/℃
10	3.0	1.68×106	200	20	50

(1)太陽能是________（選填“可再生”或“不可再生”）能源，太陽能來自于太陽內部發生的核________；

(2)水在10 h內吸收的熱量是多少____？如果水吸收的熱量用天然氣來提供，需要完全燃燒多少立方米的天然氣_____？[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）；天然氣的熱值為8.4×107 J/m3，天然氣完全燃燒放出的熱量全部被水吸收]

(3)該太陽能熱水器的能量轉化效率_____。（太陽能輻射功率指的是1 h內投射到1 m2面積上的太陽能）

Answer 1

【答案】可再生 聚變 2.52×107 J 0.3 m3 50%

【解析】

(2)由ρ＝可得，熱水器中水的質量：m＝ρV＝1×103 kg/m3×200×10－3 m3＝200 kg

水吸收的熱量（有用能量）：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/（kg·℃）×200 kg×（50 ℃－20 ℃）＝2.52×107 J

由題知，Q放＝Q吸＝2.52×107 J

由Q放＝Vq可得，需要燃燒天然氣的體積：V＝＝＝0.3 m3

(3)10 h太陽能熱水器吸收的太陽能（總能量）：

Q總＝1.68×106 J/（m2·h）×3 m2×10 h＝5.04×107 J

該太陽能熱水器的能量轉化效率：η＝100%＝×100%＝50%