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                                          太阳能热水器
太阳能热水器利用太阳能把水从低温加热到高温,以满足人们日常生活需要,它具有安全、节能、环保等优点.
如图1所示,太阳能热水器主要由两部分组成: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.
玻璃吸热管的工作原理如图2所示: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热能,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,最终整箱水都升高到一定的温度.玻璃吸热管具有吸热保温作用.
请回答以下问题:
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(1)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)能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面?简单说明理由.______
(3)将质量为100kg的初温为20℃的水加热到60℃,求这些水需要吸收多少热量?[水的比热容是4.2×103J/]
(4)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%转化为水的热能),该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4×103W/m2(即平均每平方米每秒种太阳能辐射能为1.4×103J).在第(3)小题中水吸收的热量由该热水器提供,求需要加热多少小时?
(1)玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小,根据物体的漂浮条件回答; (2)玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料,吸收太阳辐射热,传递给水,水吸热温度升高;若将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面,因为玻璃是热的不良导体,集热管中又有真空层,不利于将热量传递给管内的水; (3)知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温,利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量; (4)根据题意可求每秒水吸收的热量,又知道水吸收的热量,求需要的加热时间. 【解析】 (1)玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小,受到水的浮力大于重力而向上运动,另一侧的水向下运动,形成对流; (2)不能将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面,因为玻璃是热的不良导体,集热管中又有真空层,不利于将热量传递给管内的水; (3)水吸收的热量: Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×100kg×(60℃-20℃)=1.68×107J; (4)热水器每秒水吸收的热量: Q吸′=Pst×40%=1.4×103W/m2×2m2×1s×40%=1.12×103J, ∴加热时间: t==15000s=250min≈4.2h. 答:(1)大于;(2)不能,因为玻璃是热的不良导体,集热管中又有真空层,不利于将热量传递给管内的水; (3)这些水需要吸收1.68×107J的热量; (4)需要的加热时间为4.2h.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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