试题

阅读以下短文，回答问题
【太阳能热水器】
太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要．它具有安全、节能、环保等优点．如图甲所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空．如图乙所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通．玻璃吸热管工作原理如图乙所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热．向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度．玻璃吸热管具有吸热保温作用．请回答以下问题：

（1）太阳能属于 （选择“一次能源”或“二次能源”）．玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度（选填“变大”“不变”“变小”）．
（2）玻璃吸热管内表面为何涂成黑色，请说明理由．
（3）将质量为100kg的水温度升高了50℃，求这些水需要吸收多少热量？[水的比热容是4.2×10³J/（kg·℃）]
（4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m²，热效率为η=40%（即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的内能），该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4×10³W/m²（即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为1.4×10³J）．在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热多少时间？

解：（1）太阳能属于一次能源，玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小；
（2）黑色吸热能力强，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为内能，将管内的水加热；
（3）水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg·℃）×100kg×50℃=2.1×10⁷J；
（4）热水器每秒水吸收的热量：
Q_吸′=Pst×40%=1.4×10³W/（s·m²）×2m²×1s×40%=1.12×10³J，
∴加热时间：
t=

2.1×107J

1.12×103J/s

=18750s≈5.2h．
故答案为：（1）一次能源，变小；
（2）黑色吸热能力强；
（3）水吸收的热量为2.1×10⁷J；
（4）加热时间为5.2h．