Question

表一是某同学家的太阳能热水器铭牌上的部分数据，表二是装满水时太阳能热水器的水温变化情况。
     表一

采光面积	容量	水箱尺寸	效率	支架材料
2.5m2	150L	Φ550mm×1500mm	50%	锌彩板

表二

时刻	9：00	9：30	10：00	10：30	11：00	11：30	12：00
温度/℃	44	45	47	49	52	54	55
时刻	12：30	13：00	13：30	14：00	14：30	15：00
温度/℃	57	58	60	61	62	63

（1）目前直接利用太阳能的方式有两种，一种是用集热器把水等物质加热，另一种是________________________。

（2）太阳能热水器的支架与楼顶接触处均垫有一块面积较大的相同的砖块，这样做的好处是_____________________________。表二中数据显示在不同时段水的温度升高不同，原因可能是________________。

（3）在11：00－14：30这段时间内，楼顶每平方米的面积上太阳辐射的功率约为多少瓦？[c_水＝4．2×10³J/(kg·℃)]

Answer 1

（1）把太阳能转化成电能

（2）减小支架与楼顶接触处的压强；不同时段太阳能热水器吸收的太阳能不同（不同时段太阳光的强弱不同；不同时段气温不同；不同时段太阳光照射的角度不同等）

（3）Q=cmΔt=cρVΔt=4.2×10³ J/(kg·℃)×1.0×10³ kg/m³×150×10^-3m³×（62℃-52℃）=6.3×10⁶J

太阳辐射的功率P=Q/Stη=6.3×10⁶J/（2.5m²×3.5×3.6×10³s×0.5）=4×10²W

【解析】考查点：太阳能。分析：（1）直接利用太阳能的方式还有把太阳能转化为电能；（2）由于太阳能热水器注满水后总重力较大，所以在与楼顶接触处垫有一块面积较大的相同的砖块，目的是为了减小太阳能支架对楼顶的压强，防止破坏楼顶；根据焦耳定律Q=cmΔt可知，如果太阳能能够在相同时间内吸收相同的热量，则其温度升高是均匀的，但是温度升高不均匀说明太阳能吸收热量是不均匀的，故其原因可能是不同时段太阳能热水器吸收的太阳能不同（不同时段太阳光的强弱不同；不同时段气温不同；不同时段太阳光照射的角度不同等）；在11：00－14：30这段时间内，水温由52℃上升到62℃，水的质量可以根据参数中的容量计算出来，再根据焦耳定律可计算出这些水吸收的热量，即：Q=cmΔt=cρV（t-t₀）=4.2×10³ J/(kg·℃)×1.0×10³ kg/m³×150×10^-3m³×（62℃-52℃）=6.3×10⁶J，太阳辐射的功率即为太阳每秒钟辐射在每平方米的热量，所以采光面积S=2.5m²，光照时间为t=3.5h=3.5×3.6×10³s，η=50%=0.5，所以太阳辐射的功率P=Q/Stη=6.3×10⁶J/（2.5m²×3.5×3.6×10³s×0.5）=4×10²W。

难点分析：此题难点在于计算太阳辐射的功率，关键是要明确太阳辐射的功率即为太阳每秒钟辐射在每平方米的热量，再根据效率公式结合太阳辐射功率进行计算。