Question

【題目】閱讀下面的短文，回答問題

太陽能熱水器

太陽能熱水器利用太陽能把水從低溫加熱到高溫，以滿足人們日常生活需要，它具有安全、節能、環保等優點．

如圖所示，太陽能熱水器主要由兩部分組成：一部分是由許多根玻璃吸熱管組成的集熱器，每根玻璃吸熱管由雙層玻璃管組成，雙層玻璃管之間是真空．如圖所示是玻璃吸熱管的工作原理圖，它的結構與保溫瓶的玻璃內膽相似，只是在玻璃吸熱管的內表面涂了一層黑色的吸熱材料；另一部分是保溫儲水箱，保溫儲水箱下部與玻璃吸熱管相通．

玻璃吸熱管的工作原理如圖所示：當太陽光入射到黑色的吸熱層上時，黑色吸熱層能把太陽能更有效地轉化為熱能，將管內的水加熱．向光一側的水被加熱后體積增大、密度變小而向上運動；背光一側的水由于溫度較低、密度較大而向下運動，形成冷熱水循環，最終整箱水都升高到一定的溫度．玻璃吸熱管具有吸熱保溫作用．

請回答以下問題：

（1）玻璃吸熱管內向光一側的水吸熱后體積增大、密度變小，所受到的浮力______重力．

（2）能否將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面？簡單說明理由．________________．

（3）將質量為100kg的初溫為20℃的水加熱到60℃，求這些水需要吸收多少熱量_____？[水的比熱容是4.2×103J/（kg℃）]

（4）某品牌太陽能熱水器集熱器面積為S=2m2，熱效率為η=40%（即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的40%轉化為水的熱能），該地點太陽能輻射到地面的平均功率為P=1.4×103W/m2（即平均每平方米每秒種太陽能輻射能為1.4×103J）．在第（3）小題中水吸收的熱量由該熱水器提供，求需要加熱多少小時____？

Answer 1

【答案】 大于 不能，因為玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水 1.68×107J 4.2h

【解析】解：（1）玻璃吸熱管內向光一側的水吸熱后體積增大、密度變小，受到水的浮力大于重力而向上運動，另一側的水向下運動，形成對流；（2）不能將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面，因為玻璃是熱的不良導體，集熱管中又有真空層，不利于將熱量傳遞給管內的水；（3）水吸收的熱量：Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg℃）×100kg×（60℃﹣20℃）＝1.68×107J；（4）熱水器每秒水吸收的熱量：Q吸′＝Pst×40%＝1.4×103W/m2×2m2×1s×40%＝1.12×103J，∴加熱時間：t＝＝15000s＝250min≈4.2h．