Question

6．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． 有一种太阳能实验车（研制过程的样品），它上面的太阳能接收板的有效面积为S=8m²，太阳晴朗且接收板对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳的功率为P₀=1KW，太阳能电池产生的电压为U=120V，可供电动机正常工作的电流为I=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是75%，且该车沿水平路面匀速直线行驶时所获得的牵引力是150N，则该车匀速行驶时的速度是多大？
（3）如果该车本身的质量是90Kg，沿水平路面行驶时受到的阻力为车子重力的$\frac{1}{10}$，那么，该车沿水平路面匀速行驶时能装载多少货物？（g=10N/Kg）

Answer 1

分析 （1）已知太阳能电池面板接受的辐射功率和面积，可求电池板接收的太阳能的功率，由P=UI计算电动机功率，根据效率公式求太阳能电池将太阳能转化为电能的效率．
（2）由题知，电动机转化为机械能时75%W_电=W_机械能和P_机械能=$\frac{{W}_{机械能}}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv计算该车匀速行驶时的速度．
（3）车沿水平路面匀速直线行驶时，水平方向受到的是一对平衡力，由F=f=$\frac{1}{10}$（G_车+m_物g）计算载物的质量．

解答 解：
（1）由题知，每平方米面积上能接收到太阳的功率为P₀=1kW，所以该太阳能电池接收太阳能的功率：
P=P₀S=1kW×8=8kW，
产生电能供电动机工作的功率：
P_电动机=UI=120V×10A=1200W=1.2kW，
所以电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：
η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{太阳能}}$×100%=$\frac{{P}_{电功机}t}{{P}_{太阳能}t}$×100%=$\frac{{P}_{电动机}}{{P}_{太阳能}}$×100%=$\frac{1.2kW}{8kW}$×100%=15%；
（2）电动机正常工作时．将电能转化为机械能的效率是75%，即75%W_电动机=W_机械能，
由W=Pt有：P_机械能=75%P_电动机=75%×1.2kW=0.9kW=900W，
由P_机械能=$\frac{{W}_{机械能}}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，该车匀速行驶时的速度：
v=$\frac{{P}_{机械能}}{F}$=$\frac{900W}{150N}$=6m/s；
（3）车沿水平路面匀速直线行驶时，水平方向受到牵引力和阻力是一对平衡力，
即有：F=f=$\frac{1}{10}$（m_车g+m_物g），
所以：m_物×10N/kg=10F-m_车g=10×150N-90kg×10N/kg
解得：m_物=60kg．
答：（1）太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是15%；
（2）该车匀速行驶时的速度是6m/s；
（3）该车沿水平路面匀速行驶时能装载60kg货物．

点评 本题考查了功率、效率计算公式的应用以及二力平衡知识的应用，考查的知识点多，综合性强．灵活运用公式，理解题意是关键．