Question

有一款太陽能熱水器，銘牌上的部分參數如右表所示．將它安裝在陽光充足的水平臺面上，并送滿水．

型    號	JL--88
水容量/L	80
自身質量/kg	40

（1）若它的底部支架與水平臺面的接觸面積為0.3m²，求它對臺面的壓力和壓強． （取g=10N/kg）
（2）泰州地區（晴天）平均每平方米的面積上，每小時接收的太陽能約為2.8×10⁶J．若該熱水器接受太陽能的有效面積為1.5m²，每天日照時間按8h計算，則它一天中接收的太陽能（E）約為多少？若這些太陽能有60%被熱水器中的水吸收，則可使水溫升高多少？[c_水=4.2×10³J/（kg?℃）]
（3）若該熱水器一天中接收的太陽能，由燃燒煤氣（熱值q=4.2×10⁷J/kg）來獲得，則需要完全燃燒多少千克煤氣？
（4）請你：①從能源和可持續發展的角度，說出提倡開發利用太陽能的兩點主要理由；②說出當前在利用太陽能方面所面臨的某一主要困難（可從自然因素或技術因素等方面思考）．

Answer 1

分析：（1）首先根據表中水的容量和容器質量來計算出水的重力和容器重力，水重力與容器重力之和就是對臺面的壓力，然后除以接觸面積，就可計算對臺面的壓強．
（2）首先計算1.5m²每小時接收的太陽能，然后乘以每天日照時間按8h，就可計算出一天中接收的太陽能；一天中接收的太陽能乘以效率就是被水吸收的熱量，最后根據熱量的變形公式，計算升高的溫度．
（3）根據Q_放=mq的變形公式來計算燃燒煤氣的質量．
（4）根據自己所知道的關于太陽能的利用方面知識來回答問題．

解答：解：
（1）G_水=m_水g=ρ_水V_水g=1.0×10³kg/m³×80×10^-3m³×10N/kg=800N；
F=G_器+G_水=800N+40kg×10N/kg=1200N；
p=

F

S

=

1200N

0.3m2

=4×10³Pa；
（2）E=2.8×10⁶×1.5×8J=3.36×10⁷J；
Q_吸=ηE=60%×3.36×10⁷J=2.016×10⁷J；
由Q_吸=cm（t-t₀）（或“Q_吸=cm△t”）得：
△t=

Q吸

cm

=

2.016×107J

4.2×103J/(kg?°C)×80kg

=60℃；
（3）Q_放=mq
m=

Q放

q

=

E

q

=

3.36×107J

4.2×107J

=0.8kg；
（4）①利用太陽能可節約化石類能源，減少環境污染；②受天氣影響；轉換效率低，提供的功率小．
答：（1）它對臺面的壓力為1200N，壓強為4×10³Pa．
（2）一天中接收的太陽能（E）約為2.016×10⁷J；這些太陽能有60%被熱水器中的水吸收，則可使水溫升高60℃．
（3）需要完全燃燒0.8kg煤氣．
（4）①利用太陽能可節約化石類能源，減少環境污染；②受天氣影響，而且轉換效率低，提供的功率小．

點評：這是一道綜合性很強的題目，要求知識的系統性要很強才能完成題目的解答．對于大型計算題要注意兩點：（1）公式及變形公式的正確運用；（2）知識與知識的內在聯系．