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11.太阳居于太阳系的中心,是我们地球上能量的主要来源,太阳的能量来源于太阳内部的氢核聚变。自古以来人们便懂得利用太阳光的能量,现代人也常利用太阳光来晾晒物品,甚至烤制食物。
设计制作太阳能烤箱,重点在于高效收集太阳能并转化为热能。准备一个大纸盒,把纸盒一侧剪去,在纸盒内部四周和底部贴上铝箔纸,使光线能反射会聚,增强加热效果;在纸盒内部放置一块黑色卡纸,黑色吸热能力强,能更好地吸收太阳能并转化为热能;用透明塑料薄膜覆盖纸盒开口处,用胶带固定,模拟温室效应,让热量不易散失;在纸盒外部包裹泡沫板,或在纸盒内部四周粘贴泡沫板条,起到隔热保温的作用,减少热量向外界散发;用铁丝制作一个小烤架,放置在烤箱内部,用于放置食物;也可在纸盒底部两侧固定铁丝,弯折成支架,方便调整烤箱角度以更好地接收阳光。
如图是利用太阳能加热水的简易装置。水箱的四壁和底部均用绝热材料制成,箱顶装有吸热板,其面积为$1\ \mathrm{m}^2$,水箱内装有质量为$50\ \mathrm{kg}$的水。地球表面接受的太阳辐射热为$1.0× 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{s}· \mathrm{m}^2)$,若水箱里的水能吸收太阳辐射热的$30\%$,则经过$4\ \mathrm{h}$后,箱内水温升高
设计制作太阳能烤箱,重点在于高效收集太阳能并转化为热能。准备一个大纸盒,把纸盒一侧剪去,在纸盒内部四周和底部贴上铝箔纸,使光线能反射会聚,增强加热效果;在纸盒内部放置一块黑色卡纸,黑色吸热能力强,能更好地吸收太阳能并转化为热能;用透明塑料薄膜覆盖纸盒开口处,用胶带固定,模拟温室效应,让热量不易散失;在纸盒外部包裹泡沫板,或在纸盒内部四周粘贴泡沫板条,起到隔热保温的作用,减少热量向外界散发;用铁丝制作一个小烤架,放置在烤箱内部,用于放置食物;也可在纸盒底部两侧固定铁丝,弯折成支架,方便调整烤箱角度以更好地接收阳光。
如图是利用太阳能加热水的简易装置。水箱的四壁和底部均用绝热材料制成,箱顶装有吸热板,其面积为$1\ \mathrm{m}^2$,水箱内装有质量为$50\ \mathrm{kg}$的水。地球表面接受的太阳辐射热为$1.0× 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{s}· \mathrm{m}^2)$,若水箱里的水能吸收太阳辐射热的$30\%$,则经过$4\ \mathrm{h}$后,箱内水温升高
20.6
$°\mathrm{C}$(结果精确到$0.1\ °\mathrm{C}$),相当于消耗1.2
度电使水箱内水升高同样的温度。[不计电加热损失,水的比热容为$4.2× 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}· °\mathrm{C})$]答案
11.20.6 1.2
解析
【分析】
要解决此题，需分步骤计算：首先根据太阳辐射的功率、时间和吸热板面积，求出太阳辐射到吸热板的总能量；再结合水的吸热效率，算出被水吸收的热量；接着利用热量公式Q吸=cmΔt，变形求出水温升高的度数；最后将水吸收的热量换算为电能，得到消耗的电能。
【解析】
1. 单位换算：时间$ t = 4\ \mathrm{h} = 4 × 3600\ \mathrm{s} = 14400\ \mathrm{s} $。
2. 计算太阳辐射的总能量：$ E = 1.0 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{s}·\mathrm{m}^2) × S × t = 1.0 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{s}·\mathrm{m}^2) × 1\ \mathrm{m}^2 × 14400\ \mathrm{s} = 1.44 × 10^7\ \mathrm{J} $。
3. 计算水吸收的热量：$ Q_{\mathrm{吸}} = E × 30\% = 1.44 × 10^7\ \mathrm{J} × 0.3 = 4.32 × 10^6\ \mathrm{J} $。
4. 求水温升高值：由$ Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t $得，$ \Delta t = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{cm} = \frac{4.32 × 10^6\ \mathrm{J}}{4.2 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C}) × 50\ \mathrm{kg}} \approx 20.6°\mathrm{C} $。
5. 换算消耗的电能：$ 1\ \mathrm{度} = 3.6 × 10^6\ \mathrm{J} $，故消耗电能$ W = Q_{\mathrm{吸}} = 4.32 × 10^6\ \mathrm{J} = \frac{4.32 × 10^6}{3.6 × 10^6}\ \mathrm{度} = 1.2\ \mathrm{度} $。
【答案】
20.6；1.2
【知识点】
热量计算、电能单位换算、太阳能利用
【点评】
本题结合太阳能加热水的实际场景，考查热量公式应用和电能单位换算，关键在于统一单位并灵活运用公式，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决此题，需分步骤计算：首先根据太阳辐射的功率、时间和吸热板面积，求出太阳辐射到吸热板的总能量；再结合水的吸热效率，算出被水吸收的热量；接着利用热量公式Q吸=cmΔt，变形求出水温升高的度数；最后将水吸收的热量换算为电能，得到消耗的电能。
【解析】
1. 单位换算：时间$ t = 4\ \mathrm{h} = 4 × 3600\ \mathrm{s} = 14400\ \mathrm{s} $。
2. 计算太阳辐射的总能量：$ E = 1.0 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{s}·\mathrm{m}^2) × S × t = 1.0 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{s}·\mathrm{m}^2) × 1\ \mathrm{m}^2 × 14400\ \mathrm{s} = 1.44 × 10^7\ \mathrm{J} $。
3. 计算水吸收的热量：$ Q_{\mathrm{吸}} = E × 30\% = 1.44 × 10^7\ \mathrm{J} × 0.3 = 4.32 × 10^6\ \mathrm{J} $。
4. 求水温升高值：由$ Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t $得，$ \Delta t = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{cm} = \frac{4.32 × 10^6\ \mathrm{J}}{4.2 × 10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C}) × 50\ \mathrm{kg}} \approx 20.6°\mathrm{C} $。
5. 换算消耗的电能：$ 1\ \mathrm{度} = 3.6 × 10^6\ \mathrm{J} $，故消耗电能$ W = Q_{\mathrm{吸}} = 4.32 × 10^6\ \mathrm{J} = \frac{4.32 × 10^6}{3.6 × 10^6}\ \mathrm{度} = 1.2\ \mathrm{度} $。
【答案】
20.6；1.2
【知识点】
热量计算、电能单位换算、太阳能利用
【点评】
本题结合太阳能加热水的实际场景，考查热量公式应用和电能单位换算，关键在于统一单位并灵活运用公式，难度适中。
【难度系数】
0.6
