Question

太陽(yáng)能汽車是通過太陽(yáng)能電池將所接受到的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能而提供給電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的，已知太陽(yáng)能電池接受太陽(yáng)光能的面板面積為S=8m²，正對(duì)太陽(yáng)時(shí)能產(chǎn)生U=120V的電壓，并對(duì)車上的電動(dòng)機(jī)提供I=10A的電流，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R=4Ω，而太陽(yáng)光照射到地面時(shí)單位面積上的輻射功率P₀=1.0×10³W/m²．
求：
（1）該車的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光能的效率η₁=？
（2）在30分鐘內(nèi)，電流通過電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量是多少？
（3）電池對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的效率η₂=？

Answer 1

解：（1）太陽(yáng)能接收的功率：P₁=1.0×10³w/m²×8m²=8×10³W；
輸出功率為：P₂=UI=120V×10A=1200W；
太陽(yáng)能電池的效率是：η=×100%=×100%=15%．
（2）在30分鐘內(nèi)，電流通過電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量：Q=I²Rt=（10A）²×4Ω×30×60s=720000J．
（3）電動(dòng)機(jī)線圈的發(fā)熱功率：P₃=I²R=（10A）²×4Ω=400W，
P_機(jī)械=P₂-P₃=1200W-400W=800W，
電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：η′=×100%=×100%≈66.67%．
答：1）該車的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光能的效率η₁=15%．
（2）在30分鐘內(nèi)，電流通過電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量是720000J．
（3）電池對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的效率η₂=66.67%．
分析：（1）先根據(jù)太陽(yáng)光照射到地面時(shí)單位面積上的輻射功率為1.0×10³W/m²．太陽(yáng)能電池接收板的面積是8m²，求出太陽(yáng)能接收的功率；已知電池能夠產(chǎn)生120V的電壓，對(duì)車上電動(dòng)機(jī)提供10A的電流，根據(jù)P=UI可求出輸出功率；然后求出效率．
（2）已知通過線圈的電流和線圈的電阻，直接根據(jù)Q=I²Rt即可求出電流通過線圈產(chǎn)生的熱量；
（3）已知電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻是4Ω，電流是10A，根據(jù)P=I²R可求出發(fā)熱功率，用輸出功率減去發(fā)熱功率就是機(jī)械功率，然后求出電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率．
點(diǎn)評(píng)：此題主要考查學(xué)生對(duì)功率的計(jì)算、功的計(jì)算、太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化等知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，此題涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，屬于難題，此題體現(xiàn)了物理與高科技相結(jié)合的思想．