Question

(2009年全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽)圖1所示為一種太陽(yáng)能照明燈，太陽(yáng)能電池板供1只“220 V 40W”的電子節(jié)能燈工作。若太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)能的有效面積為0.3 m²，地球上該處與太陽(yáng)光垂直的表面接收的太陽(yáng)輻射能約為7.2 ×10⁴J／(min·m²)，太陽(yáng)光照一天，恰好可供電子節(jié)能燈工作10 h。假設(shè)太陽(yáng)光一直垂直照射太陽(yáng)能電池板，且不考慮天氣影響，每天以8 h計(jì)算。求：

（1）．太陽(yáng)能照明燈利用太陽(yáng)能的效率大約是多少?

（2）．若200 W的白熾燈與這種40 W的電子節(jié)能燈的發(fā)光效果相當(dāng)。請(qǐng)你根據(jù)下表中數(shù)據(jù)計(jì)算說(shuō)明：按目前價(jià)格使用這種太陽(yáng)能照明燈與使用這種白熾燈相比在經(jīng)濟(jì)上是否有優(yōu)勢(shì)?(燈每天工作10 h，一年按365天計(jì)算)

	額定電壓/V	額定功率/W	平均壽命	每只售價(jià)/元	每度電費(fèi)/元
白熾燈	220	200	1000小時(shí)	2．0	0.5
電子節(jié)能燈	220	40	8000小時(shí)	20
太陽(yáng)能電池板			20年	1500

Answer 1

解析：（1）. 太陽(yáng)能電池板工作一天（按8h計(jì)算）吸收的太陽(yáng)能：

E=7.2×10⁴×0.3×8×60J≈1.04×10⁷J

照明燈工作10h消耗電能：W=Pt=40×10×3600J=1.44×10⁶J.

太陽(yáng)能照明燈利用太陽(yáng)能的效率大約是η=W/E==14%.

（2）. 在相同的時(shí)間內(nèi)(20年)進(jìn)行比較：

白熾燈（或節(jié)能燈）工作總時(shí)間：20×365×10h=73000h。

使用白熾燈的情況：需要的燈數(shù)為73000/1000=73盞，

購(gòu)買白熾燈的費(fèi)用73×2.0元=146元。

白熾燈所消耗的電能W=Pt=0.2×73000kW·h=14600 kW·h

需交電費(fèi)14600×0.5元=7300元。

共計(jì)費(fèi)用 146元+7300元=7446元。

使用太陽(yáng)能照明燈情況：需要的燈數(shù)為73000/8000=10盞，

購(gòu)買太陽(yáng)能照明燈的費(fèi)用10×20元=200元。

共計(jì)費(fèi)用 1500元+200元=1700元。

7446元>1700元，這說(shuō)明使用這種太陽(yáng)能照明燈比使用白熾燈在經(jīng)濟(jì)上有很大優(yōu)勢(shì)。

【點(diǎn)評(píng)】此題以太陽(yáng)能的利用和電子節(jié)能燈為素材，考查能量、功率、斜率及其相關(guān)知識(shí)。