Question

今年春节，小周家买了一台太阳能热水器，如图所示。相关参数如下表所示，小周同学想利用自己学习过的物理知识对太阳能热水器进行研究与计算。

太阳照射时间/h	吸收板面积/m^2	太阳辐射功率/J·（m^2·h）^－^1	装水量/L	水的初温/℃	水的末温/℃
10	3.0	1.68×10^6	200	20	50

(1)太阳能是________（选填“可再生”或“不可再生”）能源，太阳能来自于太阳内部发生的核________；

(2)水在10 h内吸收的热量是多少____？如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少立方米的天然气_____？[c_水＝4.2×10³ J/（kg·℃）；天然气的热值为8.4×10⁷ J/m³，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收]

(3)该太阳能热水器的能量转化效率_____。（太阳能辐射功率指的是1 h内投射到1 m²面积上的太阳能）

Answer

可再生 聚变 2.52×107 J 0.3 m3 50%

【解析】

(2)由ρ＝可得，热水器中水的质量：m＝ρV＝1×103 kg/m3×200×10－3 m3＝200 kg

水吸收的热量（有用能量）：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/（kg·℃）×200 kg×（50 ℃－20 ℃）＝2.52×107 J

由题知，Q放＝Q吸＝2.52×107 J

由Q放＝Vq可得，需要燃烧天然气的体积：V＝＝＝0.3 m3

(3)10 h太阳能热水器吸收的太阳能（总能量）：

Q总＝1.68×106 J/（m2·h）×3 m2×10 h＝5.04×107 J

该太阳能热水器的能量转化效率：η＝100%＝×100%＝50%