Question

18．如图是一种太阳能电车，太阳能电池板的面积为S=8m²，正常情况下每平方米面积上接收到的太阳能的平均功率为1kW，求：
（1）如果太阳能电池的供电电压为120V，对电动机的正常供电电流是10A，电动机正常工作时，太阳能电池的光电转换效率是多少？
（2）如果电动机正常工作时，将电能转化为机械能的效率是75%，且该车沿水平路面匀速直线行驶的阻力是150N，则该车匀速行驶的速度是多大？
（3）如果该车本身的质量是90kg，每个轮子与地面的接触面积为50cm²，那么车停止在水平地面上时对地面的压强有多大？（g=10N/kg）
（4）请你说出目前太阳能利用中的一个缺点．

Answer 1

分析 （1）知道太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率，可求太阳能电池的吸收太阳能的功率（总功率），知道太阳能电池产生的电压和对车上的电动机提供的电流可求转化为电能的有用功率，利用效率公式求太阳能转化为电能的效率；
（2）求出了电动机工作时的功率，已知电能转化为机械能的效率，可求电动机的输出功率；又知道牵引力的大小，利用P=$\frac{W}{t}$=Fv求汽车的行驶速度；
（3）汽车在水平地面上，对地面的压力等于汽车的重力，受力面积等于六个轮胎和地面的接触面积；
根据p=$\frac{F}{S}$求出汽车对地面的压强；
（4）太阳能在使用过程中也有一定的缺点，如太阳能太分散、功率受季节、时间因素影响大，转换时效率低等都影响了太阳能的广泛使用．

解答 解：（1）太阳能电池的吸收太阳能的总功率：P_总=P₀×8=1kW×8=8kW，
太阳能转化为电能的有用功率：P_有=UI=120V×10A=1200W=1.2kW，
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：η=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{总}}$×100%=15%．
（2）电功率为P′=1200W，其中有75%转化为机械功率，故机械功率为P″=1200W×75%，
再根据P″=Fv可得：v=$\frac{P″}{F}$=$\frac{1200W×75%}{150N}$=6m/s．
（3）太阳能电车对地面的压力：F_压=G=mg=90kg×10N/kg=900N；
地面的受力面积：S=50×10^-4m²×4=0.02m²；
汽车对水平地面的压强：p=$\frac{{F}_{压}}{S}$=$\frac{900N}{0.02{m}^{2}}$=4.5×10⁵Pa．
（4）太阳能在使用过程中也有一定的缺点，如太阳能太分散、功率受季节、时间因素影响大，转换时效率低等都影响了太阳能的广泛使用．
故答案为：（1）太阳能电池的光电转换效率是15%；
（2）该车匀速行驶的速度是6m/s；
（3）车停止在水平地面上时对地面的压强是4.5×10⁵Pa；
（4）太阳能在使用过程中也有一定的缺点，如太阳能太分散、功率受季节、时间因素影响大，转换时效率低等都影响了太阳能的广泛使用．

点评 此题主要考查学生对功率的计算、功的计算、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．