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自制简易太阳能热水器

实验目的

1. 了解太阳能转化为热能的原理。
2. 培养学生的动手能力和科学探究精神。
3. 让学生认识到太阳能是一种清洁、可再生能源。

实验材料

材料名称	数量	备注
废旧纸盒（如鞋盒）	1 个	大小适中，作为热水器外壳
黑色塑料袋	1 个	用于吸收太阳能
透明塑料薄膜	1 块	覆盖在纸盒上，起保温作用
泡沫塑料	若干	用于固定和保温
温度计	1 支	测量水温
小烧杯或小塑料瓶	1 个	装水容器
橡皮泥或胶带	适量	密封和固定
剪刀	1 把	裁剪材料
美工刀	1 把	切割纸盒
直尺	1 把	测量和辅助裁剪
黑色记号笔	1 支	标记

实验步骤

（一）制作热水器外壳

1. 选择合适的废旧纸盒，用剪刀和美工刀将纸盒的顶部去掉，使其成为一个无盖的长方体盒子，如果纸盒有盖子，也可以在盖子上开一个适当的口,以便后续操作。
2. 用黑色记号笔在纸盒内部底部和四周涂抹均匀，这样可以增加纸盒对太阳能的吸收，如果没有黑色记号笔，也可以使用其他黑色的颜料进行涂抹，但要注意安全,避免学生接触到有毒物质。

（二）安装水箱

1. 将小烧杯或小塑料瓶清洗干净，装入适量的水（约半满），以便观察水温的变化，如果使用小塑料瓶，最好选择透明的瓶子,这样可以更清楚地看到水位的变化。
2. 用橡皮泥或胶带将小烧杯或小塑料瓶固定在纸盒内部的中央位置，确保瓶子稳定，不会倾倒，注意不要将瓶子密封，因为水需要与外界空气接触,以便更好地吸收热量。

（三）覆盖黑色塑料袋和透明塑料薄膜

1. 将黑色塑料袋平铺在纸盒的开口处，然后用橡皮泥或胶带将塑料袋的边缘固定在纸盒上，确保塑料袋紧密贴合纸盒，没有缝隙，黑色塑料袋的作用是吸收太阳能,并将其转化为热能传递给水箱中的水。
2. 在黑色塑料袋的上方，覆盖一层透明塑料薄膜，透明塑料薄膜的作用是减少热量的散失，起到保温的作用，同样，用橡皮泥或胶带将透明塑料薄膜的边缘固定在纸盒上，注意要固定牢固,防止薄膜松动。

（四）密封和保温处理

1. 检查纸盒的各个边缘和角落，确保没有漏光的地方，如果有缝隙，可以用泡沫塑料或橡皮泥进行填充和密封,以减少热量的散失。
2. 在纸盒的外部，可以包裹一层泡沫塑料，进一步增强保温效果，用胶带将泡沫塑料固定在纸盒上，注意不要包裹得太紧,以免影响纸盒的内部空间。

（五）放置温度计

1. 在纸盒的一侧，用美工刀开一个小口，将温度计的探头插入纸盒内部，使其与水箱中的水接触，温度计的位置要尽量靠近水箱,以便准确测量水温。
2. 用橡皮泥或胶带将温度计固定在纸盒上，确保温度计不会移动，要注意温度计的刻度朝向,方便读取数据。

实验观察与记录

1. 将制作好的简易太阳能热水器放置在阳光充足的地方，如阳台或室外空旷处，确保热水器的正面朝向太阳,以便最大限度地吸收太阳能。
2. 每隔一段时间（如 10 分钟），记录一次水温和当时的天气情况（如晴天、多云等）,并将数据记录在下面的表格中。

时间	水温（℃）	天气情况
8:00	[具体水温]	晴天
8:10	[具体水温]	晴天
8:20	[具体水温]	晴天

持续观察和记录至少 1 - 2 小时，观察水温的变化趋势，随着时间的推移，水温应该会逐渐升高，这是因为太阳能被黑色塑料袋吸收后,转化为热能传递给了水箱中的水。

实验原理

1. 黑色物体容易吸收太阳辐射的能量，而白色物体则反射太阳辐射的能量，在这个实验中，黑色塑料袋作为吸热体，能够有效地吸收太阳能,并将其转化为热能。
2. 热量会从高温物体传递到低温物体，当黑色塑料袋吸收太阳能后，温度升高，它将热量传递给与之接触的水箱中的水，使水的内能增加,温度升高。
3. 透明塑料薄膜可以减少热量的散失，起到保温的作用，纸盒和泡沫塑料也起到了一定的隔热和保温效果，使得热水器内部的热量能够更好地保留,从而提高了水温。

注意事项

1. 在使用剪刀、美工刀等工具时，要注意安全，避免学生划伤手指，建议在老师的指导下进行操作,或者使用安全的儿童专用剪刀。
2. 黑色塑料袋和透明塑料薄膜要选择质量较好的材料，避免使用过程中破裂或损坏，如果材料出现问题,会影响实验效果。
3. 温度计要小心使用，避免碰撞和损坏，在读取温度时，要将温度计的视线与刻度平齐,以确保读数准确。
4. 实验过程中，要确保热水器放置稳定，避免因风吹或其他原因导致热水器倾倒,造成热水溢出或实验设备损坏。
5. 在户外进行实验时，要注意天气变化，如果遇到阴天或下雨，实验效果可能会受到影响,应及时将热水器移至室内或采取其他防护措施。

相关问题与解答

问题 1：为什么要用黑色塑料袋？

答：黑色物体对太阳辐射的吸收能力较强，而白色物体则会反射大部分太阳辐射，在实验中，使用黑色塑料袋可以更好地吸收太阳能，并将其转化为热能传递给水箱中的水，从而提高水温，如果用白色塑料袋或其他浅色材料代替黑色塑料袋，吸收太阳能的效果会大打折扣,水温上升的速度会变慢。

问题 2：透明塑料薄膜有什么作用？

答：透明塑料薄膜的主要作用是减少热量的散失，起到保温的作用，它可以阻止热水器内部的热量向外界散发，使热量能够更好地集中在水箱周围，提高水温，透明塑料薄膜还可以让阳光透过，继续为热水器提供能量，如果没有透明塑料薄膜，热水器内部的热量会很快散失到环境中,水温难以升高。

问题 3：为什么水温会逐渐升高？

答：当太阳能照射到黑色塑料袋上时，黑色塑料袋吸收太阳能并转化为热能，这些热能通过热传递的方式传递给水箱中的水，使水的内能增加，温度逐渐升高，随着时间的推移，不断有太阳能被吸收并转化为热能，只要热水器的保温效果良好，热量散失较少,水温就会持续上升。

问题 4：如何提高太阳能热水器的效率？

答：有以下几种方法可以提高太阳能热水器的效率：一是增加吸热体的面积，例如可以将黑色塑料袋的面积增大，或者使用多个黑色塑料袋叠加，这样可以吸收更多的太阳能；二是改善保温效果，可以使用更厚的泡沫塑料或保温材料，或者将热水器放置在避风、向阳的地方，减少热量的散失；三是优化热水器的结构，例如将水箱设计得更加合理，使其能够更好地接收和储存热量；四是选择合适的时间进行实验，在阳光充足、天气晴朗的时候，太阳能热水器的效率