Question

人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出．如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题．6月5日是世界环境日，2010年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”．目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力．
（1）你认为利用太阳能有哪些好处？______．
（2）太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线（如图1所示）．太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是______?
A．磁性材料    B．纳米材料    C．半导体     D．超导体

（3）太阳能热水器是采用光转化为热的方式利用太阳能的．我国太阳能热水器已走进了千家万户．小明家的太阳能热水器的采光面积是2.1m²．若我市向阳的地方每平方米的面积1h得到的太阳辐射能平均为3×10⁶J，每天接收太阳能的时间以8h计算，热水器能把接收到的太阳能的50%转化成水的内能，则正常情况下，该热水器一天能把150kg、初温为20℃的水加热到多少℃？??
（4）为了进一步利用太阳能，人们正在研发太阳能电动车．图2是人们研制的太阳能电动三轮车，车子顶部的太阳能电池板将光能转化为电能储存在太阳能电池中，电池再给三轮车的电动机供电．?
①小明同学设计的调节电动机转速的简化电路图如图3所示，若太阳能电池的电压保持不变，调速电阻的最大阻值为50Ω．闭合开关S，当调速电阻的滑片P滑到最左端时车速最大，此时电流表示数5A，电动机电功率最大为1kW；当调速电阻的滑片P滑到最右端时车速最小，此时电流表示数为1A，求这时电动机的电功率是多少？
②制造太阳能电动三轮车车架有各种不同的新材料，部分材料的技术指标如表所示：

材料 技术指标	锰钢	铝合金	钛合金	碳纤维
性能（强度）	强	较弱	较强	强
密度	7.9×103	3.0×103	4.5×103	1.6×103

若让你设计制造强度高并且轻便的三轮车，你选择表中的哪种材料？若车架的体积约为5×10^-3m³，车架的质量是多大？??
（5）今年的世界环境日，我国的主题是：“绿色消费，你行动了吗？”．联系生活实际，谈谈你应如何做？

Answer 1

【答案】分析：（1）主要从太阳能的特点（普遍性、无污染、能源巨大等）进行回答；
（2）根据材料的分类：导体、半导体、绝缘体和太阳能电池板的材料进行解答；
（3）由题干提供条件可以求8h水吸收的热量，再利用吸热公式求出水温度的变化值，进一步求出水加热后的末温；
（4）①当滑片P滑到最左端时，电路为电动机的简单电路，根据U=求出电源的电压；当滑片P滑到最右端时，电动机与滑动变阻器的最大阻值串联，根据欧姆定律求出滑动变阻器两端的电压，根据串联电路的电压特点求出电动机两端的电压，根据P=UI求出此时电功率的电功率；
②根据表格和要求选择三轮车的材料，根据m=ρV求出车架的质量；
（5）“绿色消费，你行动了吗？”这一主题旨在强调绿色消费，节约资源，保护生态环境，据此进行回答．
解答：解：（1）利用太阳能有哪些好处：无污染、环保、可再生（或取之不尽、用之不竭）；
故答案为：无污染、环保、可再生（或取之不尽、用之不竭）．
（2）太阳能电池板是由晶体态硅制成的，硅属于半导体；
故选C．
（3）太阳能热水器中的水一天吸收的热量：
Q=3×10⁶J×2.1×8×50%=2.52×10⁷J，
水温度的变化量：
△t===40℃；
水加热的末温：
t₂=t₁+△t=20℃+40℃=60℃．
答：水的末温为60℃．
（4）①由题意可知：当滑片P滑到最左端时，
电动机两端的电压等于太阳能电池的电压，即：U_总===200V，
当滑片P滑到最右端时，
滑动变阻器两端的电压U₁=IR=1A×50Ω=50V，
此时，电动机两端的电压U=U_总-U₁=200V-50V=150V，
电动机的功率：P_电机=IU=1A×150V=150W；
答：这时电动机的电功率为150W．
②制造强度高并且轻便的三轮车时，由表格可知应选碳纤维材料；
车架的质量：
m=ρV=1.6×10³kg/m³×5×10^-3m³=8kg．
答：应选碳纤维材料，车架的质量是8kg．
（5）为了节约能源和环境保护方面，我们可以节约用水；节约用电（如：购买节能灯、购买符合节能标准的家电）；不使用一次性塑料袋；尽量骑自行车、步行、乘公交车出行；尽量购买小排量汽车等等．
点评：本题考查了质量的计算、热量的计算、欧姆定律的应用和电功率的计算，还涉及到了太阳能的优点、材料的分类和环境保护等，知识点较多，综合性强，难度较大．