Question

3．太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一．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．有一辆太阳能实验车（研制过程中的样品），它上面的太阳能电池板的有效面积为8m²，天气晴朗且电池板对着太阳时，每平方米面积上能够接收到的太阳能的功率为1kW，太阳能电池产生的电压为120V，可供电动机正常工作的电流为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为75%，且该车沿水平路面匀速行驶时所获得的牵引力为150N，则该车匀速行驶的速度是多大？

Answer 1

分析 （1）已知太阳能电池接受太阳能的面板的有效面积和太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率，从而可以求出太阳能电池的面板接收到的太阳能的功率，
知道太阳能电池产生的电压和供电动机正常工作的电流和电压，根据P=UI求出电动机正常工作时的功率，然后根据η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{太}}$×100%=$\frac{{P}_{电}t}{{P}_{太}t}$×100%=$\frac{{P}_{电}}{{P}_{太}}$×100%求出太阳能电池将太阳能转化为电能的效率；
（2）根据η′=$\frac{{W}_{机械}}{{W}_{电}}$×100%=$\frac{{P}_{机械}t}{{P}_{电}t}$×100%=$\frac{{P}_{机械}}{{P}_{电}}$×100%的变形公式P_机械=η′P_电求出电动机输出的机械功率，再根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的变形公式求出该车匀速行驶的速度．

解答 解：（1）太阳能电池板获得的太阳能的功率：
P_太=8×1kW=8kW=8000W，
电动机正常工作时的功率：
P_电=UI=120V×10A=1200W，
则太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：
η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{太}}$×100%=$\frac{{P}_{电}t}{{P}_{太}t}$×100%=$\frac{{P}_{电}}{{P}_{太}}$×100%=$\frac{1200W}{8000W}$×100%=15%．
（2）由η′=$\frac{{W}_{机械}}{{W}_{电}}$×100%=$\frac{{P}_{机械}t}{{P}_{电}t}$×100%=$\frac{{P}_{机械}}{{P}_{电}}$×100%得，电动机输出的机械功率：
P_机械=η′P_电=75%×1200W=900W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，该车匀速行驶的速度：
v=$\frac{{P}_{机械}}{F}$=$\frac{900W}{150N}$=6m/s．
答：（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15%；
（2）该车匀速行驶的速度是6m/s．

点评 此题主要考查学生对功率的计算、效率的计算及能量的转化等知识点的理解和掌握，涉及到的知识点较多，关键是变形公式及推导公式灵活运用，此题体现了物理与高科技相结合的思想．