如图所示的太阳能热水器,它的水箱容量为120L,热水器上的集热器对太阳能的利用效率为40%,在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为P=1400W.如果将整箱水的温度从20℃加热到70℃,需要阳光照射5h,那么:(1)一箱水需要吸收的热量是多少?(2)热水器上集热器的面积至少要多大?[水的比热容是:4.2×103J/(kg•℃)].

问题描述:

如图所示的太阳能热水器,它的水箱容量为120L,热水器上的集热器对太阳能的利用效率为40%,在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为P=1400W.如果将整箱水的温度从20℃加热到70℃,需要阳光照射5h,那么:

(1)一箱水需要吸收的热量是多少?
(2)热水器上集热器的面积至少要多大?[水的比热容是:4.2×103J/(kg•℃)].

(1)由ρ=

m
v
得:
m=ρv=1×103kg/m3×0.12m3=120kg;
水吸收的热量:
Q=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×120kg×(70℃-20℃)=2.52×107J;
(2)这台太阳能热水器获得的辐射功率:
P=S×1400W/m2
由P=
W
t
可得太阳照射5h获得的太阳能:
W=Pt=S×1400W/m2×5×3600s;
由η=
W
W
可得:
Q=W=W×40%=S×1400W/m2×5×3600s×40%;
热水器集热器面积:
S=
Q
1400W/m2×5×3600s×40%
=
2.52×107J
1400W/m2×5×3600s×40%
=2.5m2
答:(1)一箱水需要吸收的热量是2.52×107J;
(2)热水器上集热器的面积至少为2.5m2
答案解析:(1)利用密度公式m=ρv先计算出水的质量m,然后再利用热量的计算公式Q=cm△t计算出水吸收的热量;
(2)利用热水器上的集热器对太阳能的利用效率,计算出太阳能热水器接受的热量;然后再利用功率的公式P=
W
t
计算出1m2所接受的热量,最后计算出热水器上集热器的面积S.
考试点:热量的计算;太阳能热水器中的热量计算.

知识点:本题考查了关于对太阳能热水器的原理的理解以及相关的热量计算,计算过程中注意单位的换算1L=1dm3