Question

太阳能是21世纪重点发展的能源之一，太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的新型交通工具．某太阳能实验车，车上太阳能电池接受太阳能的有效面积为8 m²，太阳光照射到电池板每平方面积上的辐射功率为P=1 kW，在晴朗的日子，电池对着太阳时产生的电压U=120 V，并对车上的电动机提供I=10 A的电流．
（1）太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？
（2）如果这辆车的电动机将电能转化为机械能的效率为75%，则汽车的机械功率为多少？当它在水平路匀速行驶时，受到的牵引力是150 N，则其行驶速度是多少？
（3）如果汽车的机械能换用汽油提供，则汽车每小时要消耗多少kg的汽油？设汽油完全燃烧放出热量的50%转化为汽车的机械能，汽油的热值为q=4.6×10⁷J/kg．

Answer 1

【答案】分析：（1）已知每平方米面积上能接收到太阳能的功率，便可以计算出8 m²面积上能接收到太阳能的总功率，还知道太阳能电池产生的电压和供电动机正常工作的电流，可利用公式P=UI计算电动机工作时的有用功率，最后根据效率公式求太阳能电池将太阳能转化为电能的效率．
（2）在（1）中求出了电动机工作时的有用功率，已知电能转化为机械能的效率，可求电动机的输出功率；又知道牵引力的大小，利用P=Fv的公式变形计算汽车的行驶速度．
（3）已知汽车的机械功率和时间，可利用公式W=P_机t计算获得的机械能，汽油完全燃烧放出热量的50%转化为汽车的机械能，再利用公式Q_放=计算汽油完全燃烧放出的热量，已知汽油的热值，可利用公式m=计算汽油的质量．
解答：解：
（1）∵P=1 kW=1000W，
∴太阳能电池的面板接收到的太阳能的总功率为：
P_总=P×8=1000W×8=8000W，
∵U=120V，I=10A，
∴转化为太阳能汽车的电功率为：
P_电=UI=120V×10A=1200W，
则太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为：
η===15%．
答：太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是15%．
（2）∵这辆车的电动机将电能转化为机械能的效率η₁=75%，
∴汽车的机械功率为：
P_机=P_电×η₁=1200W×75%=900W，
又∵F=150N，
∴汽车的行驶速度为：
 v===6m/s．
答：汽车的机械功率为900W，汽车的行驶速度为6m/s．
（3）∵P_机=900W，t=1h=3600s，
∴获得的机械能为：
W=P_机t=900W×3600s=3.24×10⁶J，
又∵汽油完全燃烧放出热量的50%转化为汽车的机械能，
∴Q_放===6.48×10⁶J，
而q=4.6×10⁷J/kg，
∴汽油的质量为：
m==≈0.14kg．
答：汽车每小时要消耗0.14kg的汽油．
点评：此题主要考查学生对功率的计算、功的计算、太阳能的转化等知识点的理解和掌握，此题涉及到的知识点较多，属于难题，此题体现了物理与高科技相结合的思想．