Question

13．太阳能热水器是直接用太阳能给水加热的装置，下面是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息

太阳照射时间/h	装水量/kg	吸热板面积/m3	水升高的温度/℃	水的比热容/J•（kg•℃）-1	太阳辐射功率/J•（m3h）-1
10	100	2.5	50	4.2×103	1.68×106

其中太阳能辐射功率是指1h内投射到1m²面积上的太阳能．求：
（1）水在10h内吸收的热量．
（2）该太阳能热水器的能量转化效率．
（3）与煤燃烧相比，太阳能热水器有什么优缺点？（各写出一条）

Answer 1

分析 （1）由表中数据知道水的质量、水的比热容、水的温度升高值，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量（有用能量）；
（2）由太阳辐射功率知道1h内投射到1m²面积上的太阳能，据此求出10h吸收的太阳能（总能量），再利用效率公式求太阳能热水器的能量转化效率．
（3）太阳的优点很多，如太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：
第一：它是人类可以利用的最丰富的能源．取之不尽，用之不竭．
第二：地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值．
第三：太阳能是一种洁净的能源．在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡．绝对不会造成污染和公害．
但雨天或阴天时无法使用．

解答 解：（1）水吸收的热量（有用能量）：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×50℃=2.1×10⁷J；
（2）10h太阳能热水器吸收的太阳能（总能量）：
Q_总=1.68×10⁶J/（m²•h）×2.5m²×10h=4.2×10⁷J，
η=$\frac{{Q}_{吸}}{{Q}_{总}}$×100%=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{4.2×1{0}^{7}J}$×100%=50%．
（3）由题可知，使用太阳能可以节能，安全且无污染，但雨天或阴天时无法使用．
优点：使用太阳能可以节约电能等，且无污染；
缺点：但受天气情况制约．
答：（1）水在10h内吸收的热量为2.1×10⁷J；
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧0.25m³的天然气；
（3）该太阳能热水器的能量转化效率为50%．
（3）环保无污染；受天气气候的影响．

点评 本题考查了学生对吸热公式、效率公式的掌握和运用，本题关键：一是能从题目提供的表格中得到相关信息，二是注意热值单位：固体、液体燃料（J/kg）和气体燃料J/m³的区别．