Question

在開展“素質教育實踐行”的活動中，某校同學測得每年6、7月份武漢地區向陽處每平方米面積在1小時內得到的太陽輻射能平均為4.0×10⁶ J．下圖所示為太陽能熱水器的示意圖，其中A是集熱器，B是水箱，C是電加熱器．[g取10 N/kg，c＝4.2×10³ J/(kg·℃)，液化石油氣的熱值q＝3.5×10⁷ J/kg，水的密度ρ＝1.0×10³ kg/m³]

請根據產品說明書中的參數和題設條件回答：

(1)滿水箱水的質量是多大？

(2)集熱器A(其上裝有16支真空鍍膜管)的總有效光照面積為1.35 m²，如果以接收太陽能10小時/日計算，每天共吸收多少太陽能？

(3)該太陽能熱水器能將接收到的太陽能的50％轉化為水的內能，若滿水箱水的初溫為20℃，那么它能將水溫升高到多少攝氏度？

(4)已知液化石油氣完全燃燒放出的熱量有60％被水吸收，若用燃氣熱水器將滿水箱的水加熱升高到與上題同樣的溫度，則需費用多少？(設氣價為3.5元/kg)

(5)對太陽能熱水器的應用作一個簡單的評價，簡述自己的意見或建議．

Answer 1

答案：
解析：

　　答案：(1)100 kg　(2)5.4×10⁷ J　(3)84.3℃　(4)4.55元　(5)見解析

　　解析：(1)水箱中裝滿水時容積為V＝100 L＝10^－1 m³

　　水的質量m＝ρV＝1.0×10³ kg/m³×10^－1 m³＝100 kg．

　　(2)依題意，平均輻射能E_輻＝4.0×10⁶ J/(m²·h)

　　A的有效面積S＝1.35 m²，每天接收太陽能的有效時間t＝10 h，則太陽能熱水器每天共吸收太陽能E_太陽＝E_輻＝4.0×10⁶×1.35×10 J＝5.4×10⁷ J．

　　(3)設水箱中水的初溫t₀＝20℃，太陽能轉化為水的內能的效率η＝50％，水被加熱后的末溫為t，依題意：

　　E_太陽η＝Q＝cm(t－t₀)，所以t＝＋t₀＝(＋20)℃＝84.3℃．

　　(4)依題意，把滿水箱的水從t₀加熱到t，所需熱量Q＝E_太陽η＝5.4×10⁷×0.5 J＝2.7×10⁷ J．

　　設液化石油氣完全燃燒放出熱量被水吸收的效率＝60％＝0.6，總共需消耗的液化石油氣質量為，則q＝Q，所以＝kg＝1.3 kg，所需費用為1.3×3.5元＝4.55元．

　　(5)在能源緊缺的情況下，節能和開發新能源是當務之急，向太陽索取新能源，改善環境，造福人類，通過計算可見，使用太陽能經濟、實惠，無污染．在日照時間長的武漢地區更顯其優勢．但缺點是一次性投資大，水資源浪費大(特別對高樓的低層住戶；安裝較麻煩不便，且受天氣制約)．