Question

在新农村建设中很多楼房顶部装有如图所示的太阳能、电能两用热水器，该热水器利用太阳辐射的能量加热时，能把太阳辐射能的70%

Answer 1

（1）水的质量m _水=ρV=1.0×10 ³kg/m ³×0.15m ³=150kg，

热水器对水平台的压力：F=G=（m _器+m _水）g=（50kg+150kg）×10N/kg=2000N，

热水器对水平台的压强：p=

=20000Pa；

（2）热水器每天接受的太阳辐射能：W=900J/（s．m ²）×8×3600s×2.0m ²=5.184×10 ⁷J，

水吸收的热量：Q _吸=70%W=70%×5.184×10 ⁷J=3.6288×10 ⁷J，

由于水的体积V=150L=0.15m ³，

水的质量：m _水=ρV=1.0×10 ³kg/m ³×0.15m ³=150kg，

∵Q=cm△t，故水升高的温度：△t=

=57.6℃；

（3）热水器将水从20℃加热到52.4℃所吸收的热量：

Q _吸′=cm（t﹣t ₀）=4.2×10 ³J/（kg．℃）×150kg×（52.4℃﹣20℃）=2.0412×10 ⁷J，

热水器利用太阳辐射的能量和电热丝同时加热，时间最短，假设此时的时间为t，

∵W=Pt，则Q _吸′=90%×Pt+70%×900J/（s．m ²）×t×2.0m ²=4860W×t

∴需要加热的时间：t=

=4200s．

答：（1）热水器对水平台面的压力为2000N；压强为20000Pa；

（2）热水器每天接受的太阳辐射能使水升高的温度为57.6℃；

（3）热水器将水从20℃加热到52.4℃所需的最短时间为4200s．

（1）欲求热水器对水平台面的压力，应该由热水器的自重与装满水的重力相加得到；压强由压强公式直接计算即可，因为压力和面积都是已知的；

（2）欲求热水器每天接受的太阳辐射能使水升高的温度，应该先计算出辐射能，由太阳光照射地面时的辐射功率乘面积，乘时间可得到热水器接收到的辐射能量，再由效率即可得出水吸收的热量，再由热量的计算公式即可得出水升高的温度；

（3）最短时间就是既有电加热，也有太阳辐射热的情况下对水加热的时间，二者结合起来计算即可。