Question

今年的五一黄金周期间，上海小明一家到杭州游玩，他们乘坐豪华游艇欣赏西湖的秀丽风光导游小姐用甜润的声音向游客介绍：本游艇是当地一家民营科技公司与上海交通大学合作研制的，游艇以太阳能为动力，不仅节约能源而且无污染，它的关键技术部件是光电转换板，此板接受太阳光的面积是8米²，当板正对太阳光时能够产生120伏的电压，游艇上的自动装置使光电转换板始终与阳光垂直，现在我们游艇上的光电转换板正向电动机提供10安的强大电流．听完介绍，小明饶有兴趣地问了导游一些问题，导游告诉他：电动机线圈的直流电阻是4欧，现在太阳光垂直照射到单位面积上的辐射功率为1.0×10³瓦/米²．
根据以上信息，求：
（1）太阳光照到光电转换板上时，把

太阳

能转化为

电

能．
（2）该光电转换板的效率．
（3）电动机把电能转化为机械能的效率．

Answer 1

分析：（1）太阳光照到光电转换板上时，实现了太阳能向电能的转化；
（2）知道太阳光垂直照射到单位面积上的辐射功率和光电转换板的面积，求出光电转换板接收太阳能的功率；再求出光电转换板转化为电能的功率，利用效率公式求该光电转换板的效率；
（3）知道电动机线圈的直流电阻和通过的电流，利用P=I²R可求发热功率；电动机把电能转化为机械能的功率等于光电转换板转化为电能的功率减去发热功率，电动机把电能转化为机械能的效率等于电动机把电能转化为机械能的功率与光电转换板转化为电能的功率之比．

解答：解：
（1）太阳光照到光电转换板上时，把太阳能转化为电能．
（2）光电转换板接收太阳能的功率：
P_总=1×10³W/m²×8m²=8×10³W，
输出功率：
P_电=UI=120V×10A=1200W，
该光电转换板的效率：
η₁=

P电

P总

=

1200W

8000W

=15%；
（3）电动机发热功率：
P_热=I²R=（10A）²×4Ω=400W，
电动机把电能转化为机械能的功率：
P_机=P_电-P_热=1200W-400W=800W，
电动机把电能转化为机械能的效率：
η₂=

P机

P电

=

800W

1200W

≈66.7%．
答：（1）太阳光照到光电转换板上时，把太阳能转化为电能；
（2）该光电转换板的效率为15%；
（3）电动机把电能转化为机械能的效率为66.7%．

点评：本题是一道力学、热学和电学的综合应用题，与实际生活相联系，涉及到太阳能的利用实例，可以提高学生开发太阳能的意识．