Question

4．太陽(yáng)能安全、清潔、方便，太陽(yáng)能的利用越來(lái)越受到人們的重視．太陽(yáng)能集熱器是直接利用太陽(yáng)能的一種裝置，它可以利用太陽(yáng)能加熱．小明想測(cè)出家里的這臺(tái)太陽(yáng)能熱水器每平方米的面積上接收太陽(yáng)能的平均功率．
（1）天氣晴朗使，小明家的太陽(yáng)能熱水器內(nèi)裝30kg、15℃的水時(shí)，日照4h后，太陽(yáng)能熱水器中的水一共吸收的熱量是5.04×10⁶J，則此時(shí)水溫能升高到多少℃？
（2）小明查得這臺(tái)太陽(yáng)能熱水器接收太陽(yáng)能的總有效面積為1.2m²，熱水器能把接收到的太陽(yáng)能的50%轉(zhuǎn)變?yōu)樗膬?nèi)能．則這臺(tái)太陽(yáng)能熱水器每平方米的面積上接收太陽(yáng)能的平均功率是多少W？

Answer 1

分析 （1）應(yīng)用熱量公式可以求出水的溫度．
（2）熱水器能把接受到的太陽(yáng)能的50%轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，水吸收的熱量已求出，可知1.2m²的面積上接收的太陽(yáng)能，又知時(shí)間為4h，根據(jù)功率公式可求出這臺(tái)熱水器每平方米的面積上接收太陽(yáng)能的平均功率；

解答 解：（1）由Q=cm△t可知：
△t=$\frac{Q}{cm}$=$\frac{5.04×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×30kg}$=40℃，
水的溫度：t=△t+t₀=15℃+40℃=55℃；
（2）1.2m²的面積上接收的太陽(yáng)能：
W=$\frac{Q}{η}$=$\frac{5.04×1{0}^{6}J}{50%}$=1.008×10⁷J，
熱水器每平方米的面積上接收太陽(yáng)能的平均功率：
P=$\frac{W}{St}$$\frac{1.008×1{0}^{7}J}{1.2{m}^{2}×3600s×4}$≈583.3W/m²；
答：（1）此時(shí)水溫能升高到55℃．
（2）這臺(tái)太陽(yáng)能熱水器每平方米的面積上接收太陽(yáng)能的平均功率是583.3W．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)測(cè)地球表面接受太陽(yáng)能的總功率，考查了熱量和功率的計(jì)算，實(shí)驗(yàn)和計(jì)算相結(jié)合，同時(shí)也展示了一種解決問(wèn)題的思路和方法．