Question

【题目】阅读下面的短文，回答问题

太阳能热水器

太阳能热水器利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活需要，它具有安全、节能、环保等优点．

如图所示，太阳能热水器主要由两部分组成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空．如图所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通．

玻璃吸热管的工作原理如图所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为热能，将管内的水加热．向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高到一定的温度．玻璃吸热管具有吸热保温作用．

请回答以下问题：

（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力______重力．

（2）能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面？简单说明理由．________________．

（3）将质量为100kg的初温为20℃的水加热到60℃，求这些水需要吸收多少热量_____？[水的比热容是4.2×103J/（kg℃）]

（4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m2，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的热能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4×103W/m2（即平均每平方米每秒种太阳能辐射能为1.4×103J）．在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热多少小时____？

Answer 1

【答案】 大于 不能，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水 1.68×107J 4.2h

【解析】解：（1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，受到水的浮力大于重力而向上运动，另一侧的水向下运动，形成对流；（2）不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面，因为玻璃是热的不良导体，集热管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水；（3）水吸收的热量：Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg℃）×100kg×（60℃﹣20℃）＝1.68×107J；（4）热水器每秒水吸收的热量：Q吸′＝Pst×40%＝1.4×103W/m2×2m2×1s×40%＝1.12×103J，∴加热时间：t＝＝15000s＝250min≈4.2h．