Question

同学们中考完后打算泛舟东湖，放松心情．东湖某种游艇是以太阳能为动力，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，向电动机提供10安的强大电流．电动机线圈的直流电阻是4欧，太阳光垂直照射到单位面积上的辐射功率为1.0×l0³瓦/米²．根据以上信息，求：
（1）光电转换板为电动机提供的功率？
（2）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）知道光电转换板产生的电压和向电动机提供的电流，可利用公式P=UI计算出光电转换板为电动机提供的功率．
（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受热面积，可以计算出光电转换板接收太阳能的功率；已经计算出光电转换板为电动机提供的功率，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：（1）∵U=120V，I=10A，
∴电转换板为电动机提供的功率为：P_电=UI=120V×10A=1200W．
（2）∵太阳光垂直照射到单位面积上的辐射功率为1.0×l0³W/m²，
∴光电转换板接收太阳能的功率：P_总=1×10³W/m²×8m²=8000W，
则该光电转换板的效率：η₁=

P电

P总

=

1200W

8000W

=15%．
（3）∵R=4Ω，
∴电动机发热功率为：P_热=I²R=（10A）²×4Ω=400W，
则电动机把电能转化为机械能的功率为：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总

=

800W

1200W

≈66.7%．
答：（1）光电转换板为电动机提供的功率为1200W．
（2）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，主要考查学生对功率的计算、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．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．