自制简易太阳能热水器
实验目的
- 了解太阳能转化为热能的原理。
- 探究不同材料、颜色对吸热效果的影响。
- 培养学生的动手能力、观察能力和科学探究精神。
实验材料
| 材料名称 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|
| 纸板（如鞋盒） | 1 个 | 用于制作热水器外壳 |
| 铝箔纸 | 1 张 | 反射热量 |
| 黑色塑料袋/黑色颜料 | 适量 | 吸收热量 |
| 透明塑料片（如保鲜膜） | 1 片 | 覆盖热水器顶部 |
| 温度计 | 1 支 | 测量水温 |
| 小容器（如易拉罐） | 1 个 | 装水 |
| 剪刀 | 1 把 | 裁剪材料 |
| 胶水 | 适量 | 粘贴固定 |
| 胶带 | 1 卷 | 辅助固定 |
| 橡皮泥 | 适量 | 密封固定 |
实验步骤
（一）制作热水器外壳
- 在纸板上用剪刀裁剪出一个长方形,作为热水器的底部，大小根据纸板尺寸和实际需求而定，一般长和宽在 15 - 20 厘米左右。
- 将纸板两边向上折叠一部分,形成一个类似盒子的形状，用胶带或胶水固定好，作为热水器的侧壁，高度约 10 - 15 厘米。
（二）制作吸热部分
- 如果使用黑色塑料袋,将其裁剪成与纸板底部相同大小的长方形，然后用胶水或胶带固定在纸板底部内侧，若使用黑色颜料，则将纸板底部涂黑，晾干备用。
- 在纸板底部内侧贴上一层铝箔纸,铝箔纸的光亮面朝外，用于反射热量，增强吸热效果，注意尽量贴平整，避免产生气泡。
（三）安装透明顶盖
将透明塑料片裁剪成比纸板顶部稍大的大小,用橡皮泥或胶带将其密封在纸板顶部，确保热水器内部与外界相对隔离，减少热量散失。
（四）放置水容器
将小容器（如易拉罐）清洗干净，装入适量的水，然后放置在热水器底部的中间位置，注意不要让容器倾倒，可以用橡皮泥或其他物品在容器底部周围进行固定。
（五）组装与调试
- 将温度计插入小容器中,使其能够准确测量水温。
- 将制作好的“太阳能热水器”放置在阳光充足的地方，调整角度，使阳光能够垂直照射在吸热面上。
实验观察与记录
- 每隔一段时间（如 10 分钟）记录一次水温，持续观察 1 - 2 小时，并记录在表格中。 |时间|水温（℃）|天气情况|光照强度（强、中、弱）| |----|----|----|----| |0 分钟|[初始水温]|[晴/多云等]|[强/中/弱]| |10 分钟| | | | |20 分钟| | | | |...|...|...|...|
- 观察不同时间段水温的变化趋势,分析太阳能热水器的吸热效果与时间的关系。
实验注意事项
- 在使用剪刀等工具时,要注意安全，避免剪伤手指。
- 粘贴材料时,要确保胶水或胶带干燥后再进行下一步操作，以免影响实验效果。
- 放置热水器时要选择平稳、安全的地方，避免被风吹倒或被人碰倒。
- 实验过程中尽量不要移动热水器,以免影响数据的准确性。
相关问题与解答
问题 1：为什么太阳能热水器的吸热面要涂成黑色？ 解答：黑色物体能够吸收各种颜色的光，而白色等浅色物体会反射较多的光，在太阳能热水器中，将吸热面涂成黑色可以更好地吸收太阳光的能量，并将其转化为热能，从而提高水温。
问题 2：铝箔纸在太阳能热水器中有什么作用？ 解答：铝箔纸的光亮面能够反射热量，将吸收的太阳光反射回吸热面，减少热量的散失，使更多的热量能够被水吸收，提高太阳能热水器的效率。
问题 3：如果天气阴沉，太阳能热水器还能工作吗？ 解答：在天气阴沉时，太阳光的强度较弱，太阳能热水器的吸热效果会大打折扣，但仍会有少量的热量被吸收，水温也会有一定程度的升高，只是升温速度会比晴天慢
