《2025年创新课堂创新作业本九年级物理下册人教版》

21. 太阳能热水器深受广大用户的青睐。某品牌太阳能热水器的水容量为100 L,该太阳能热水器在冬季有效日照时段里,平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×10⁶ J。若该太阳能热水器接收太阳能的有效面积为2 m²,每天有效日照时间为6 h,这些太阳能使水温随日照时间变化的图像如图所示。已知ρ水 = 1.0×10³ kg/m³,c水 = 4.2×10³ J/(kg·℃)。求:
(1) 装满水时,太阳能热水器中水的质量。
(2) 一天内该太阳能热水器中的水能吸收的热量。
(3) 该太阳能热水器的效率。

答案： 解:
(1)太阳能热水器中水的质量
$m = \rho_{水} V = 1.0\times10^{3}\text{ kg/m}^{3}\times100\times10^{-3}\text{ m}^{3} = 100\text{ kg}$。
(2)一天内太阳能热水器中的水吸收热量，温度从20℃上升到60℃，
则水吸收的热量
$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t = 4.2\times10^{3}\text{ J/( kg}\cdot^{\circ}\text{C})\times100\text{ kg}\times40^{\circ}\text{C} = 1.68\times10^{7}\text{ J}$。
(3)根据平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×10⁶ J可知，该太阳能热水器接收的太阳能
$E = 2\text{ m}^{2}\times6\text{ h}\times2.8\times10^{6}\text{ J/( m}^{2}\cdot\text{ h}) = 3.36\times10^{7}\text{ J}$，
则该太阳能热水器的效率
$\eta=\frac{Q_{吸}}{E}\times100\%=\frac{1.68\times10^{7}\text{ J}}{3.36\times10^{7}\text{ J}}\times100\% = 50\%$。
答:
(1)装满水时，太阳能热水器中水的质量是100 kg。
(2)一天内该太阳能热水器中的水能吸收的热量是1.68×10⁷ J。
(3)该太阳能热水器的效率是50%。