Question

【题目】取一个横截面积是3dm2的不高的圆筒，筒内装水0.6kg，用来测量射到地面的太阳能.在太阳光垂直照射2min后，水的温度升高了1℃.
a.计算在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量.
b.已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，你能由此估算出太阳辐射的功率吗?需要什么数据，自己去查找.

Answer 1

【答案】解：a.圆筒内的水经过2分钟内能的增加为
ΔE ＝Q＝cmΔt
＝4.2×103×0.6×1J＝2.5×103J
每分钟获得的能量为
2.5×103J/2min＝1.25×103J/min
圆筒面积为3dm2＝3×102cm2 ， 所以每分钟每平方厘米获得的能量为
J/cm2·min＝4.2J/cm2·min
b.以太阳为球心，又日地距离r为半径作一个球面，根据上述观测，在此球面的每平方厘米面积上每秒钟接受到的太阳能(即射到大气顶层的太阳能)为
J/cm2·s＝ J/cm2·s
太阳的辐射能向四面八方，是均匀辐射的，则上述球面每秒钟接受到的太阳能，即为太阳的辐射功率P ， 上述球面的面积为4πr2.其中r＝1.5×1013cm 所以
P＝4πr2× J/s
＝4π(1.5×1013)2× J/s
＝2×(1.5×1013)2J/s
＝4.5×1026J/s.
【解析】本题根据公式Q＝cmΔt分析；以太阳为球心，又日地距离r为半径作一个球面，太阳的辐射能向四面八方，是均匀辐射的，则上述球面每秒钟接受到的太阳能，即为太阳的辐射功率P.
【考点精析】掌握物体的内能和热力学第一定律是解答本题的根本，需要知道物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能；任何物体都有内能，物体的内能跟物体的温度和体积有关；热力学第一定律的表达式:W+Q=ΔU；符号法则:外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值;物体吸收热量，Q取正值，物体放出热量，Q取负值;物体内能增加，ΔU取正值，物体内能减少，ΔU取负值．