Question

在全国政协十一届五次会议上，政协委员于2012年3月14日提出了要大力发展新能源，太阳能是21世纪重点开发利用的新能源之一．太阳能动力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的一种新型机动车．
有一种太阳能实验车（研制过程的样品），它上面的太阳能接收板的有效面积为S=8m²，太阳晴朗且接收板对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳的功率为P₀=1kW，太阳能电池产生的电压为U=120V，可供电动机正常工作的电流为I=10A．求：
（1）在电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多大？
（2）如果电动机正常工作时．将电能转化为机械能的效率是75%，且该车沿水平路面匀速直线行驶时所获得的牵引力是150N，则该车匀速行驶时的速度是多大？
（3）如果该车本身的质量是90kg，沿水平路面行驶时受到的阻力为车子重力的1/10，那么，该车沿水平路面匀速行驶时能装载多少货物？（g=10N/kg）
（4）通过以上介绍及有关计算，你对该车的有关技术参数及性能已经有了大致的了解．如果你是评审专家之一，你认为该实验车能否批量生产投放市场？

Answer 1

分析：（1）先求出电动机消耗的电能，然后求出太阳能消耗的太阳能，最后求出太阳能电池将太阳能转化为电能的效率；
（2）求出电动机的机械功率，然后由功率公式P=Fv的变形公式求出车行驶的速度；
（3）车匀速行驶，处于平衡状态，车受的阻力等于牵引力，求出阻力，然后求装载货物的质量；
（4）根据速度大小和所装货物的多少等来评价．如果速度很小，载货量很小就不能批量生产投放市场，如果速度和载货量适合市场，我们就可以批量生产．

解答：解：（1）设电动机正常工作时间为t，电动机工作消耗电能为：
W_电=Pt=UIt=120V×10A×t=1200t（J）
太阳能电池消耗太阳能为：
W_太=P_总×t=PS×t=1×10³W/m²×8m²×t=8×10³t（J）
太阳能转化为电能的效率η=

W电

W太

×100%=

1200t

8000t

×100%=15%；
答：电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是15%．
（2）电动机的机械效率P_机=P_总×75%=UI×75%=120V×10A×75%=900W，
该车匀速行驶时的速度v=

P机

F

=

900W

150N

=6m/s；
答：该车匀速行驶时的速度是6m/s．
（3）车匀速行驶，处于平衡状态，由平衡条件得，车所受阻力f=F=150N，
车与货物的总重力G=

f

1 10

=

150N

1 10

=1500N，车与货物的总质量m=

G

g

=

1500N

10N/kg

=150kg，
m=m_车+m_货，解得：m_货=60kg
答：该车沿水平路面匀速行驶时能装载60kg的货物．
（4）不可以．因为所装货物质量太小，且速度过低．不适合批量投放市场；
答：不可以．因为所装货物质量太小，且速度过低．不适合批量投放市场．

点评：本题考查速度的计算，电功率的计算以及质量的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，解题过程中还要注意单位的换算以及二力平衡条件的应用．