自制简易太阳能热水器
实验目的
- 让学生了解太阳能转化为热能的原理。
- 培养学生的动手能力和创新思维。
- 提高学生对可再生能源利用的认识。
实验材料
| 材料名称 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|
| 废旧易拉罐（或塑料瓶） | 1 个 | 清洗干净，无破损 |
| 黑色塑料袋 | 1 个 | 不透光 |
| 泡沫塑料板 | 1 块 | 厚度约 2 - 3cm |
| 温度计 | 1 支 | 精度适中 |
| 透明胶带 | 若干 | 用于固定 |
| 剪刀 | 1 把 | 锋利好用 |
| 棉线（或细绳） | 适量 | 长度约 50 - 60cm |
| 水 | 适量 | 普通自来水即可 |
实验步骤
（一）制作集热器外壳
- 将易拉罐（或塑料瓶）的顶部和底部去掉，保留中间的圆柱部分，作为集热器的外壳，如果使用塑料瓶，可以根据实际情况进行裁剪，尽量使圆柱部分的高度在 10 - 15cm 左右。
- 用剪刀在泡沫塑料板上裁下一个与易拉罐（或塑料瓶）直径相符的圆形片，厚度约为 2 - 3cm,作为集热器的底部隔热层。
（二）组装集热器
- 把黑色塑料袋套在易拉罐（或塑料瓶）的外侧，用透明胶带固定好，确保黑色塑料袋紧密贴合在集热器外壳上，且没有破损,黑色塑料袋能够更好地吸收太阳光的热量。
- 将裁好的泡沫塑料板圆形片放入易拉罐（或塑料瓶）的底部，用棉线或细绳固定，使其不会移动，泡沫塑料板可以起到隔热的作用,减少热量向底部散失。
（三）安装温度计
- 在易拉罐（或塑料瓶）的盖子上钻一个小孔,孔的大小要能让温度计的探头通过。
- 将温度计的探头插入小孔，用胶带或其他材料密封好，防止漏水，温度计要垂直放置在集热器内,以便准确测量水温。
（四）加水并测试
- 向集热器内加入适量的水，水位不要超过集热器高度的三分之二,以免水溢出。
- 将制作好的简易太阳能热水器放置在阳光充足的地方，调整角度,使集热器的开口面朝太阳。
- 每隔一段时间（如 10 分钟）记录一次温度计的读数,观察水温的变化情况。
实验原理
黑色物体能够更好地吸收太阳光的热量，当太阳光照射到黑色塑料袋上时，光能转化为热能，热量传递给集热器内的空气和水，由于集热器的底部有泡沫塑料板隔热，减少了热量向周围环境的散失，从而使集热器内的温度逐渐升高，通过温度计可以测量出水温的变化,直观地展示太阳能转化为热能的过程。
注意事项
- 在使用剪刀等工具时，要注意安全,避免剪伤手指。
- 在固定温度计和黑色塑料袋时，要确保密封良好,防止漏水或松动。
- 实验过程中要选择晴朗的天气，且在户外进行,以保证有足够的阳光照射。
- 实验结束后，要及时清理实验材料,避免对环境造成污染。
相关问题与解答
问题 1：为什么集热器的外壳要用黑色塑料袋包裹？
解答：黑色物体对太阳光的吸收能力较强，能够将更多的太阳光能转化为热能，用黑色塑料袋包裹集热器的外壳，可以最大程度地吸收太阳光的热量,从而提高集热器的效率。
问题 2：泡沫塑料板在实验中起到什么作用？
解答：泡沫塑料板具有隔热的性能，在实验中可以阻止集热器内的热量向底部散失，使热量能够更多地集中在集热器内部,有助于提高水温。
问题 3：如果长时间不记录数据，水温会继续上升吗？
解答：在阳光充足且集热器工作正常的情况下，水温会持续上升，但上升的速度会逐渐减慢，当集热器内的温度达到与周围环境的温度平衡时，水温将不再上升，如果天气发生变化，如出现云层遮挡太阳等情况,水温上升的速度也会受到影响。
问题 4：可以对这个简易太阳能热水器进行哪些改进？
解答：可以从以下几个方面进行改进：一是增加集热器的面积，例如使用更大的易拉罐或多个易拉罐组合，以提高对太阳光的吸收量；二是优化隔热材料，选择更好的隔热材料来减少热量散失；三是改进集热器的摆放角度调节装置，使其能够更精准地对准太阳,提高集热效率；
