Question

阅读下面的短文，回答问题．
太阳能热水器
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要．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构成：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．
请回答以下问题：
（1）太阳能是

一次

（选填“一次”或“二次”）能源．
（2）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

内

能，将管内的水加热．
（3）你认为

不能

（选填“能”或“不能”）将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上，理由是：

因为集热管中间真空层，不利于将热量传递给管内的水

．
（4）这台太阳能热水器的水箱容积为100L，在一般的光照条件下，每天可将满箱15℃的水加热到45℃，则水吸收的热量为

1.26×10⁷

J．[水的比热容是4.2×10³J/（kg?℃）]
（5）冬天水箱中的水温有时不够高，一般都预装了电加热器．若该电加热器的规格为“220V 2kW”，电能的84%可转化为被水吸收的热量．则要把满箱水温度再提高10℃，需在额定电压下加热多长时间？

Answer 1

分析：（1）一次能源是指直接从自然界获取的能源，如太阳能，水能、风能、潮汐能等；二次能源是指通过一次能源转化而来的能源，如电能；
（2）根据能量的转化和转移进行解答；
（3）玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料，吸收太阳辐射热，传递给水，水吸热温度升高；若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；
（4）知道水的体积根据密度公式求出水的质量，又知道水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量；
（5）根据Q_吸=cm△t求出水吸收的热量，利用效率公式求出电加热器放出的热量，再根据Q=W=Pt求出额定电压下加热的时间．

解答：解：
（1）太阳能属于直接从自然界获得的能源，是一次能源；
（2）黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热；
（3）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；
（4）太阳能热水器的水箱装满水时，水的质量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×100×10^-3m³=100kg，
水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×（45℃-15℃）=1.26×10⁷J；
（5）水提高10℃吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×100kg×10℃=4.2×10⁶J
电加热器放出的热量：
Q_放=

Q吸

η

=

4.2×106J

84%

=5×10⁶J，
电加热器额定电压下加热多长时间：
t=

Q放

P

=

5×106J

2×103W

=2.5×10³s．    
故答案为：
（1）一次；
（2）内；  
（3）不能；因为集热管中间真空层，不利于将热量传递给管内的水；
（4）1.26×10⁷J；
（5）需在额定电压下加热2.5×10³s．

点评：本题是一道电学和热学的综合计算题，属于中考压轴题，对学生的公式应用能力和综合计算能力要求比较高．体现了物理来源于生活，服务于社会的新课程理念．