Question

太阳能是一种最清洁的能源．太阳能的利用主要是通过光--电、光--内、光--化学能转换技术，将太阳能转换成可集中利用和储存的能源．随着科学技术的进步，太阳能的利用技术日趋成熟．太阳能--内能的转换，是目前最普遍的形式．某中学物理STS小组的同学在太阳能的利用方面作了一些探究．①为了测定地表植物接收太阳能的本领做了如下实验：用一面积为0.1m²的水盆，盛6kg的水，经太阳垂直照射了30min，温度升高了10℃．认定地表植物接收太阳能的能力与水相同．②同学们还利用太阳能电池板做了一艘环保船，电池板接收太阳能的面积为8m²，它正对太阳能时产生120V的电压，并对船上的电动机提供10A的电流，已知电池板上垂直接收的太阳能为7.5×10⁴J/（min?m²）．求：
（1）这盆水吸收的热量是多少？
（2）面积为90m²足球场上的绿草每天6h的光照储存了多少化学能？
（3）太阳能环保船得到的电功率为多少？这种太阳能电池把太阳能转化成电能的效率为多少？

Answer 1

分析：（1）知道水的质量、水的比热容、水的温度升高值，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量；
（2）求出每m²水面上每小时吸收的太阳能，即地表植物每m²水面上每小时接收的太阳能，计算面积为90m²足球场上的绿草每天6h接收的太阳能（储存的化学能）；
（3）知道产生的电压和提供的电流，利用P=UI求太阳能环保船得到的电功率（有用功率）；求出电池板每分钟接收太阳能，利用功率公式求吸热总功率，再利用效率公式求太阳能电池把太阳能转化成电能的效率．

解答：解：（1）水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×6kg×10℃=2.52×10⁵J；
（2）每m²水面上每小时吸收的太阳能：
Q=

Q吸

0.1×0.5

=

2.52×105J

0.1×0.5

=5.04×10⁶J；
90m²足球场上的绿草每天6h接收的太阳能（储存的化学能）：
Q_总=5.04×10⁶J×90×6=2.7216×10⁹J；
（3）电池板每分钟接收太阳能：
Q=7.5×10⁴J/（min?m²）×8×1=6×10⁵J，
吸热总功率：
P_总=

Q

t

=

6×105J

60s

=10000W，
太阳能环保船得到的电功率（有用功率）
P_有=UI=120V×10A=1200W，
太阳能电池效率：
η=

P有

P总

×100%=

1200W

10000W

×100%=12%．
答：（1）这盆水吸收的热量是2.52×10⁵J；
（2）90m²足球场上的绿草每天6h的光照储存了2.7216×10⁹J的化学能；
（3）太阳能环保船得到的电功率为1200W，这种太阳能电池把太阳能转化成电能的效率为12%．

点评：本题是一道电学与热学的综合应用题，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．