问题 问答题

太阳能热水器具有安全、节能、经济和环保等优点.为有效利用太阳能,某研究性学习小组对“物体吸收太阳能的能力与表面颜色之间的关系”进行了实验研究:在两只相同的烧杯中装有质量和初温相同的水,烧杯外用一个黑色塑料袋和一个白色塑料袋密封,插入温度计(温度计的玻璃泡浸没在水中,大部分刻度露出可见),放在阳光下曝晒.每隔相同的时间读出温度计的示数,数据记录如下:

塑料袋颜色水的质量m(kg)初温t0温度t1温度t2温度t3
黑色11522.327.831.5
白色11516.517.819
根据上述数据回答下列问题:

(1)这次实验过程中,采用的科学研究方法是 ______;

(2)通过上面的研究可以推断:太阳能热水器的集热管表面颜色以 ______为宜;

(3)小明家使用的太阳能热水器的说明书如图,若在太阳能热水器的水箱中装满水,中午在太阳照晒下每小时温度升高10℃,则该热水器中的水每小时吸收的热量是多少?该热水器中午每秒钟每平方米的面积上获得的太阳能是多少?

容积100L
集热箱的采光面积1.5m2
效率40%
使用年限15年

答案

(1)本实验探究黑、白颜色物体的吸热能力,实验时让让水的质量、容器、水的初温相同,采用了控制变量法;

(2)通过实验说明黑颜色物体的吸热能力强,太阳能热水器的集热管表面颜色以黑色为宜;

(3)v=100L=100×10-3m3

水的质量:

m=ρv=1×103kg/m3×100×10-3m3=100kg,

水吸收的热量:

Q=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×100kg×10℃=4.2×106J;

热水器中午每秒钟每平方米的面积上获得的太阳能为Q,

∵Q=Q×1.5×3600×40%,

Q=

Q
1.5×3600×40%
=
4.2×106J
1.5×3600×40%
=1944J.

故答案为:(1)控制变量;

(2)黑色;

(3)该热水器中的水每小时吸收的热量是4.2×106J,该热水器中午每秒钟每平方米的面积上获得的太阳能是1944J.

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