- 试题详情及答案解析
- （10分）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。
如图甲所示，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。如图乙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。
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。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有吸热保温作用。
请回答以下问题
（1）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 能，将管内的水加热；玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力 重力。
（2）你认为 （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 。
（3）水箱中升温后的水与原来在地面上相比较，哪些形式的能发生了变化？ 。（需填两种能）（2分）
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，求这些水需要吸收的热量为 J。[水的比热容4.2×103J/（kg・℃）] （2分）
（5）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m2，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率P=1.4×103W/m2（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×103J）。在第（4）小题中水吸收的热量由该热水器提供，则需要加热的时间为 秒。 （2分）- 答案：（1）内 大于
（2）不能 因为玻璃是热的不良导体，集热管中又是真空，不利于将热量传递给管内的水
（3）内能 势能（重力势能、机械能）；（4）1.68×107J；（5）15000 - 试题分析：（1）黑色物体能够吸收各种色光，所以，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；玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、由F浮=G排=ρ液gV排可知，所受到的浮力增大，大于重力而上升。
（2）玻璃是热的不良导体，集热管中又是真空，这样不利于将热量传递给管内的水。所以，不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上。
（3）水箱中升温后的水，内能增加；由于位置升高，重力势能也增加。；
（4）将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃，这些水需要吸收的热量为
Q=cm△t=4.2×103J/（kg・℃） ×100kg ×（55℃-15℃）=1.68×107J；
（5）该热水器将质量为100kg的初温为15℃的水加热到55℃需要吸收的太阳能为Q/=Q/η=1.68×107J/40%=4.2×108J；
需要加热的时间为
t= Q//pS=4.2×108J/[1.4×103W/m2×2m2]= 15000s.
考点：能量的转化；阿基米德原理；热量的计算