Question

18．如圖是一種太陽能電車，太陽能電池板的面積為S=8m²，正常情況下每平方米面積上接收到的太陽能的平均功率為1kW，求：
（1）如果太陽能電池的供電電壓為120V，對電動(dòng)機(jī)的正常供電電流是10A，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是多少？
（2）如果電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是75%，且該車沿水平路面勻速直線行駛的阻力是150N，則該車勻速行駛的速度是多大？
（3）如果該車本身的質(zhì)量是90kg，每個(gè)輪子與地面的接觸面積為50cm²，那么車停止在水平地面上時(shí)對地面的壓強(qiáng)有多大？（g=10N/kg）
（4）請你說出目前太陽能利用中的一個(gè)缺點(diǎn)．

Answer 1

分析 （1）知道太陽光照射到電池板每平方米面積上的輻射功率，可求太陽能電池的吸收太陽能的功率（總功率），知道太陽能電池產(chǎn)生的電壓和對車上的電動(dòng)機(jī)提供的電流可求轉(zhuǎn)化為電能的有用功率，利用效率公式求太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率；
（2）求出了電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的功率，已知電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，可求電動(dòng)機(jī)的輸出功率；又知道牽引力的大小，利用P=$\frac{W}{t}$=Fv求汽車的行駛速度；
（3）汽車在水平地面上，對地面的壓力等于汽車的重力，受力面積等于六個(gè)輪胎和地面的接觸面積；
根據(jù)p=$\frac{F}{S}$求出汽車對地面的壓強(qiáng)；
（4）太陽能在使用過程中也有一定的缺點(diǎn)，如太陽能太分散、功率受季節(jié)、時(shí)間因素影響大，轉(zhuǎn)換時(shí)效率低等都影響了太陽能的廣泛使用．

解答 解：（1）太陽能電池的吸收太陽能的總功率：P_總=P₀×8=1kW×8=8kW，
太陽能轉(zhuǎn)化為電能的有用功率：P_有=UI=120V×10A=1200W=1.2kW，
太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率：η=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{總}}$×100%=15%．
（2）電功率為P′=1200W，其中有75%轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，故機(jī)械功率為P″=1200W×75%，
再根據(jù)P″=Fv可得：v=$\frac{P″}{F}$=$\frac{1200W×75%}{150N}$=6m/s．
（3）太陽能電車對地面的壓力：F_壓=G=mg=90kg×10N/kg=900N；
地面的受力面積：S=50×10^-4m²×4=0.02m²；
汽車對水平地面的壓強(qiáng)：p=$\frac{{F}_{壓}}{S}$=$\frac{900N}{0.02{m}^{2}}$=4.5×10⁵Pa．
（4）太陽能在使用過程中也有一定的缺點(diǎn)，如太陽能太分散、功率受季節(jié)、時(shí)間因素影響大，轉(zhuǎn)換時(shí)效率低等都影響了太陽能的廣泛使用．
故答案為：（1）太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是15%；
（2）該車勻速行駛的速度是6m/s；
（3）車停止在水平地面上時(shí)對地面的壓強(qiáng)是4.5×10⁵Pa；
（4）太陽能在使用過程中也有一定的缺點(diǎn)，如太陽能太分散、功率受季節(jié)、時(shí)間因素影響大，轉(zhuǎn)換時(shí)效率低等都影響了太陽能的廣泛使用．

點(diǎn)評 此題主要考查學(xué)生對功率的計(jì)算、功的計(jì)算、太陽能的轉(zhuǎn)化等知識點(diǎn)的理解和掌握，此題涉及到的知識點(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．