Question

9．随着科学技术的进步，太阳能的利用技术日趋成熟，太阳能-内能的转换，是目前最普遍的形式，某中学物理STS小组的同学在太阳能的利用方面作了一些探究．
①为了测定地表植物接收太阳能的本领做了如下实验：用一面积为0.1m²的水盆，盛6kg的水，经太阳垂直照射了30min，温度升高了10℃．认定地表植物接收太阳能的能力与水相同．
②同学们还利用太阳能电池板做了一艘环保船，电池板接收太阳能的面积为8m²，它正对太阳能时产生120V的电压，并对船上的电动机提供10A的电流，已知电池板上垂直接收的太阳能为7.5×10⁴J/（min•m²）．求：
（1）这盆水吸收的热量是多少？
（2）若每天有效光照6h，则面积为90m²的草坪一天吸收了多少太阳能？
（3）太阳能环保船得到的电功率为多少？这种太阳能电池把太阳能转化成电能的效率为多少．

Answer 1

分析 （1）知道水的质量、水的比热容、水的温度升高值，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量；
（2）求出每m²水面上每小时吸收的太阳能，即地表植物每m²水面上每小时接收的太阳能，计算面积为90m²足球场上的绿草每天6h接收的太阳能（储存的化学能）；
（3）知道产生的电压和提供的电流，利用P=UI求太阳能环保船得到的电功率（有用功率）；求出电池板每分钟接收太阳能，利用功率公式求吸热总功率，再利用效率公式求太阳能电池把太阳能转化成电能的效率．

解答 解：（1）水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×6kg×10℃=2.52×10⁵J；
（2）1m²水面上每小时吸收的太阳能：
Q=$\frac{{Q}_{吸}}{0.1×0.5}$=$\frac{2.52×1{0}^{5}J}{0.1×0.5}$=5.04×10⁶J；
90m²足球场上的绿草每天6h接收的太阳能（储存的化学能）：
Q_总=5.04×10⁶J×90×6=2.7216×10⁹J；
（3）电池板每分钟接收太阳能：
Q=7.5×10⁴J/（min•m²）×8×1=6×10⁵J，
吸热总功率：
P_总=$\frac{Q}{t}$=$\frac{6×1{0}^{5}J}{60s}$=10000W，
太阳能环保船得到的电功率（有用功率）
P_有=UI=120V×10A=1200W，
太阳能电池效率：
η=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{总}}$×100%=$\frac{1200W}{10000W}$×100%=12%．
答：（1）这盆水吸收的热量是2.52×10⁵J；
（2）面积为90m²的草坪一天吸收了2.7216×10⁹J的化学能；
（3）太阳能环保船得到的电功率为1200W，这种太阳能电池把太阳能转化成电能的效率为12%．

点评 本题是一道电学与热学的综合应用题，与实际生活相联系，涉及到太阳能的利用实例，可以提高学生开发太阳能的意识．