自制简易太阳能热水器
实验目的
通过手工制作简易太阳能热水器，了解太阳能转化为热能的原理,培养动手能力和科学探究精神。
材料准备
| 材料 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|
| 黑色纸盒 | 1 个 | 如鞋盒大小，用于模拟集热器外壳 |
| 透明塑料薄膜 | 1 块 | 覆盖在纸盒表面，起保温作用 |
| 铝箔纸 | 适量 | 贴在纸盒内壁，增强反射阳光效果 |
| 小饮料瓶 | 1 个 | 装水用，如矿泉水瓶 |
| 温度计 | 1 个 | 测量水温 |
| 泡沫塑料 | 若干 | 用于固定瓶子和保温 |
| 胶水 | 适量 | 粘贴材料 |
| 剪刀 | 1 把 | 裁剪材料 |
| 黑色颜料 | 少许 | 涂黑纸盒，吸收更多热量（可选） |
制作步骤
（一）制作集热器外壳
- 将黑色纸盒的顶部剪掉，只保留底部和四周的框，如果纸盒颜色较浅，可以用黑色颜料将其内外涂黑，这样能更好地吸收太阳光的热量,涂完后放在通风处晾干。
- 在纸盒内壁四周贴上铝箔纸，要尽量贴平整，没有气泡，铝箔纸能够反射阳光，将更多的光线反射到纸盒内部,增强集热效果。
（二）准备装水容器
- 取一个小饮料瓶，清洗干净后装满清水，可以在瓶身贴上标签，标记水位,方便后续观察水量变化。
- 用锥子在瓶盖上扎一个小孔，将温度计的探头部分穿过小孔，插入瓶内，然后用胶水将温度计固定在瓶盖上，确保温度计能够准确测量瓶内水温，且密封良好,防止漏水。
（三）组装热水器
- 将装有水的饮料瓶放入纸盒框架内，根据瓶子的大小和纸盒的高度，在纸盒底部和周围适当放置泡沫塑料,起到固定瓶子和保温的作用。
- 用透明塑料薄膜将纸盒口封住，尽量绷紧薄膜，减少空气进入，可以用胶带或胶水沿着纸盒边缘将薄膜固定牢固，形成一个相对封闭的空间,类似于温室的保温原理。
（四）调试与优化
- 将制作好的简易太阳能热水器放置在阳光充足的地方，比如阳台或室外空旷处，调整角度，使纸盒开口尽可能垂直面向太阳光，可以使用书本或石块等垫高纸盒,找到最佳采光角度。
- 每隔一段时间（如 15 分钟）观察一次温度计的读数，并记录下来，观察一段时间后，如果发现水温上升缓慢，可以检查铝箔纸是否贴好、纸盒是否密封、瓶子摆放是否合理等,进行适当调整优化。
实验原理
太阳能热水器主要是利用太阳能转化为热能，加热容器内的水，黑色纸盒和瓶内的水在吸收太阳光后，将光能转化为热能，使水温升高，铝箔纸反射阳光，增加纸盒内光线的反射次数，让更多能量被水吸收；透明塑料薄膜减少热量散失，起到保温作用，类似于温室效应，使得集热器内的温度能够持续上升,从而提高热水的温度。
注意事项
- 在使用剪刀、锥子等工具时，要注意安全，避免划伤手,最好有家长或老师在旁边指导。
- 装水的瓶子要密封好，防止漏水,以免影响实验效果和损坏周围物品。
- 实验过程中，要选择晴朗、阳光充足的天气，且尽量避免在中午过后长时间暴晒,防止水温过高烫坏温度计或发生其他意外。
- 实验结束后，妥善处理实验材料，尤其是塑料薄膜等不要随意丢弃,爱护环境。
相关问题与解答
问题 1：为什么纸盒要涂成黑色？ 答：黑色物体能够吸收各种颜色的光，相比浅色物体，能吸收更多的太阳光能量，从而将更多光能转化为热能,加快水的升温速度。
问题 2：铝箔纸在实验中有什么作用？ 答：铝箔纸具有良好的反光性能，贴在纸盒内壁可以将射入纸盒内的阳光反射到各个方向，增加阳光在纸盒内的停留时间和反射次数，让水能够更充分地吸收热量,提高集热效率。
问题 3：如果没有透明塑料薄膜，可以用什么代替？ 答：如果没有透明塑料薄膜，可以用保鲜膜代替，同样能起到一定的保温作用，减少热量散失，但要注意密封好边缘,防止保鲜膜松动。
问题 4：怎样判断太阳能热水器的性能好坏？ 答：可以通过测量相同时间内水的升温速度、最高水温以及水温的保持情况等来判断，在相同光照条件下，升温越快、最高水温越高、水温下降越慢，说明太阳能热水器的性能越好，对比两个不同制作的热水器，在阳光照射 1 小时后，一个水温升到 40℃，另一个只升到 30℃，且前者水温下降速度更慢，那么前者
