Question

同學們中考完后打算泛舟東湖，放松心情．東湖某種游艇是以太陽能為動力，不僅節(jié)約能源而且無污染，它的關鍵技術部件是光電轉換板，此板接受太陽光的面積是8米²，當板正對太陽光時能夠產生120伏的電壓，游艇上的自動裝置使光電轉換板始終與陽光垂直，向電動機提供10安的強大電流．電動機線圈的直流電阻是4歐，太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率為1.0×l0³瓦/米²．根據以上信息，求：
（1）光電轉換板為電動機提供的功率？
（2）光電轉換板的效率？
（3）電動機把電能轉化為機械能的效率？

Answer 1

【答案】分析：（1）知道光電轉換板產生的電壓和向電動機提供的電流，可利用公式P=UI計算出光電轉換板為電動機提供的功率．
（2）知道太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率和光電轉換板的受熱面積，可以計算出光電轉換板接收太陽能的功率；已經計算出光電轉換板為電動機提供的功率，利用效率公式求該光電轉換板的效率．
（3）知道電動機線圈的直流電阻和通過的電流，利用P=I²R可求發(fā)熱功率；電動機把電能轉化為機械能的功率等于光電轉換板轉化為電能的功率減去發(fā)熱功率，電動機把電能轉化為機械能的效率等于電動機把電能轉化為機械能的功率與光電轉換板轉化為電能的功率之比．
解答：（1）∵U=120V，I=10A，
∴電轉換板為電動機提供的功率為：P_電=UI=120V×10A=1200W．
（2）∵太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率為1.0×l0³W/m²，
∴光電轉換板接收太陽能的功率：P_總=1×10³W/m²×8m²=8000W，
則該光電轉換板的效率：η₁===15%．
（3）∵R=4Ω，
∴電動機發(fā)熱功率為：P_熱=I²R=（10A）²×4Ω=400W，
則電動機把電能轉化為機械能的功率為：P_機=P_電-P_熱=1200W-400W=800W，
∴電動機把電能轉化為機械能的效率：η₂==≈66.7%．
答：（1）光電轉換板為電動機提供的功率為1200W．
（2）光電轉換板的效率為15%．
（3）電動機把電能轉化為機械能的效率為66.7%．
點評：本題是一道力學、熱學和電學的綜合應用題，主要考查學生對功率的計算、太陽能的轉化等知識點的理解和掌握，此題涉及到的知識點較多，屬于難題，此題體現了物理與高科技相結合的思想．與實際生活相聯系，涉及到太陽能的利用實例，可以提高學生開發(fā)太陽能的意識．