Question

7．某市高速出口有100盏风光互补路灯成了一道靓丽的风景，如图一，风光互补路灯系统同时安装了风力发电机和太阳能电池板，有风时通过风力发电机发电，有阳光时通过太阳能电池板发电，并将电能储存至蓄电池中．如图二是风光互补路灯系统原理框图．为了节能该路灯采用LED灯照明．下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数，其中光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率，蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放电总时间的乘积，最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率．

太阳能电池板		风力发电机		蓄电池		LED灯
电池板的总面积	0.5m2	最大限制风速	12.0m/s	电池容量	150Ah	额定电压	24V
太阳能电池板平均输出功率	100W	最大输出功率	400W	额定电压	12V	额定功率	60W

（1）风力发电机利用风力发电时，是将机械（风）能转化为电能；
（2）该型号LED灯正常工作时的电流为2.5A；
（3）每盏风光互补的路灯整机质量为35千克，灯杆底部跟地面上底板的总接触面积约为25厘米²，则每盏风光互补路灯对地面上底板的压强为1.4×10⁵Pa．
（4）这100盏该型号风光互补路灯，每天正常工作10h，一个月消耗多少电能？如果用火力发电供电，则一个月需要消耗煤炭是多少kg？（已知火力发电时，发1度电需煤0.4kg，一个月以30天计）
（5）“风光互补发电”装置的发电功率为500瓦，装置由风力发电机、太阳能电池板、充电器、蓄电池等组成，太阳能电池板、风力发电机的设计寿命为20年，蓄电池约4年更换一次，项目价格如下表：

项目	风力发电机	太阳能电池板	充电器	蓄电池	安装费
价格（约）	5000元	4000元	1000元	2000元	2000元

小敏同学想在自己家的屋顶上安装这套“风光互补发电”装置，若该装置平均每天正常工作8小时，目前电费价格约为0.54元/千瓦时，请你通过计算帮他决定是否安装这套装置．

Answer 1

分析 （1）判断能量转化，要从过程中的初始能量和最终形成的能量，进而判断出能量的转化过程；
（2）该型号LED灯正常工作时的功率和额定功率相等，根据P=UI求出正常工作时的电流；
（3）路灯整机对地面压力F=G=mg，由p=$\frac{F}{S}$可计算出风光互补路灯对地面上底板的压强；
（4）根据W=Pt求出100盏该型号风光互补路灯，每天正常工作10h，一个月消耗的电能，从而计算出一个月需要消耗煤炭的质量；
（5）先计算20年所需的电费，再与风光互补发电成本相比较，即可得出结论．

解答 解：（1）利用风力发电时，是将机械能（风能）转化为电能；
（2）该型号LED灯正常工作时的电压为24V，功率为60W，
根据P=UI可得，正常工作时的电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{24V}$=2.5A；
（3）放在水平地面的物体对地面的压力：F=G=mg=35kg×10N/kg=350N，
每盏风光互补路灯对地面上底板的压强：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{350N}{25×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.4×10⁵Pa；
（4）100盏该型号风光互补路灯的总功率：P=100×60W=6000W=6kW，
一天消耗的电能：W=Pt=6kW×10h=60kW•h，
一个月用电：W_总=60kW•h×30=1800kW•h；
火力发电时，发1度电需煤0.4kg，所以一个月需要消耗煤炭的质量：
m=1800kW•h×0.4kg/kW•h=720kg；
（5）二十年电费为：20×365×8×0.5kW•h×0.54元/kW•h=15768元；
风光互补发电成本：5000元+4000元十1000元+2000元×5+2000元=22000元；
因为风光互补发电成本高于二十年电费，所以不经济，建议不安装该装置．
答：（1）机械（风）；
（2）2.5A；
（3）1.4×10⁵Pa；
（4）这100盏该型号风光互补路灯，每天正常工作10h，一个月消耗60kW•h电能，如果用火力发电供电，则一个月需要消耗煤炭720kg；
（5）建议不安装该装置．

点评 本题为电学、力学综合题，综合考查了学生对所学知识的应用能力，要求灵活运用所学知识，还要仔细阅读题目，要学会从题目所给信息中找到解题有用的信息，属于难题！