Question

4．現(xiàn)代社會講究節(jié)能意思，太陽能取之不盡用之不竭，人們利用太陽能可發(fā)電照明，如圖所示為一種太陽能照明燈，太陽能電池板供1只“220V  40W”的電子節(jié)能燈工作，若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3m²，地球上該處與太陽光垂直的表面，每1min接收的太陽輻射能約為7×10⁴J/m³，太陽光照一天，恰好可供電子節(jié)能燈工作10h，假設(shè)太陽光一直垂直照射太陽能電池板，不考慮天氣影響，每天以8h計算，求：
（1）節(jié)能燈在正常發(fā)光時的電阻．
（2）太陽能照明燈利用太陽能的效率是多少？（保留1位小數(shù)）
（3）該太陽能電池板每天接受的太陽能，相等于完全燃燒多少kg的煤？（煤的熱值q=3×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電子節(jié)能燈的銘牌可知額定電壓和額定功率，根據(jù)R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出節(jié)能燈在正常發(fā)光時的電阻；
（2）根據(jù)題目提供的條件可以求出每天（8h）太陽能電池板吸收的太陽能，這是總能量；利用P=Wt求消耗的電能，即轉(zhuǎn)化的有用能量，再利用效率公式求電子節(jié)能利用太陽能的效率；
（3）煤完全燃燒放出的熱量等于太陽能電池板吸收的太陽能，知道煤的熱值，再利用Q_放=mq求需要煤的質(zhì)量．

解答 解：
（1）節(jié)能燈在正常發(fā)光時的電阻：
R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（220V）^{2}}{40W}$=1210Ω；
（2）每天（10h）太陽能電池板吸收的太陽能：
E=7×10⁴J/（min•m²）×0.3m²×8×60min=1.008×10⁷J，
因為電子節(jié)能燈正常工作，
所以P=P_額=40W，
電子節(jié)能燈正常工作10h消耗的電能：
W_有用=Pt=40W×10×3600s=1.44×10⁶J，
太陽能照明燈利用太陽能的效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{E}$×100%=$\frac{1.44×1{0}^{6}J}{1.008×1{0}^{7}J}$×100%≈14.3%；
（3）Q_放=E=1.008×10⁷J，
由Q_放=mq得：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.008×1{0}^{7}J}{3×1{0}^{7}J/kg}$=0.336kg．
答：（1）節(jié)能燈在正常發(fā)光時的電阻為1210Ω；
（2）太陽能照明燈利用太陽能的效率是14.3%；
（3）該太陽能電池板每天接受的太陽能，相等于完全燃燒0.336kg的煤．

點評 本題綜合考查了電功率公式的計算、消耗電能的計算、效率的計算、熱量的計算等，以及利用所學(xué)知識解決實際問題（新開發(fā)的太陽能照明燈能量轉(zhuǎn)化問題），加強了學(xué)生的節(jié)能意識，有意義！