Question

5．如图为可移动太阳能交通信号灯，具有节能和灵活的特点，可大大减轻交警的工作压力．这种太阳能信号灯的主要技术参数见下表．白天太阳能电池板给红绿灯供电，同时多余的电能又给蓄电池充电．在阴雨天和晚上，蓄电池又给红绿灯供电，使红绿灯能连续工作，如图所示．

光电转换效率η	有效受光面积S	工作电压U	每个信号灯 规格U、P
20%	0.3㎡	24V	24V、10W

（1）这种太阳能信号灯底部装有轮子，可轻易移动到需要临时交通疏导或停电的地段．轮子的作用是用滚动代替滑动 的方法来减小摩擦．
（2）设一天有效受光时间为6h，每平方米的面积上太阳辐射的功率P₀=10³W，则这种太阳能信号灯电池板一天获得的电能是多少kwh？
（3）这种太阳能信号灯分前、后、左、右四组，每组又由红、黄、绿三灯组成，共有12个信号灯．太阳能信号灯电池板一天获得的电能，可供它连续正常工作多长时间？它正常工作时，干路电流是多大？

Answer 1

分析 （1）减小摩擦力的方法：减小压力，减小接触面的粗糙程度，使接触面脱离，用滚动摩擦代替滑动摩擦；
（2）知道有效受光面积、每平方米的面积上太阳辐射的功率，可求太阳能电池板接收太阳辐射的总功率；利用W=Pt求一天太阳能电池板获得的总太阳能，知道光电转换效率，再利用W_电=W_总×η求阳能红绿灯电池板一天获得的电能；
（3）到十字路口去观察（注意安全），虽然共有12个信号灯，但是每组里面的红绿灯不是同时工作的，同一时刻每组里只有一个灯工作，即同一时刻共有4个灯工作（可以查询不同网页了解），所以“太阳能红绿灯正常工作时的总功率：P=4P₁=4×10W=40W=0.04kW”，求出每组灯的总功率，知道提供的电能，利用t=$\frac{W}{P}$求工作时间，再利用P=UI求正常工作电流．

解答 解：（1）太阳能红绿灯底部装有4个轮子，是以滚动代替滑动来减小摩擦；
（2）太阳能电池板接收太阳辐射的总功率：
P_总=0.3m²×1×10³W/m²=0.3kW，
一天太阳能电池板获得的总太阳能：
W_总=P_总t=0.3kW×6h=1.8kW•h，
一天太阳能转化的电能：
W_电=W_总×η=1.8kW•h×20%=0.36kW•h；
（3）每个信号灯的功率为10W，太阳能信号灯正常工作时的总功率：
P=4P₁=4×10W=40W=0.04kW，
太阳能信号灯连续正常工作时间：
t=$\frac{{W}_{电}}{P}$=$\frac{0.36kW•h}{0.04kW}$=9h，
太阳能信号灯正常工作时干路电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{40W}{24V}$≈1.67A．
答：（1）滚动代替滑动；
（2）这种太阳能红绿灯电池板一天获得的电能是0.36kW•h；
（3）可供它连续正常工作9h，它正常工作时，干路电流是1.67A．

点评 本题考查学生对减小摩擦的方法、电功公式、电功率公式的掌握和运用，能从表中得出相关信息并利用好是本题的关键．