题目内容

3．阅读短文，回答问题：
风光互补路灯系统      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，白天有阳光时通过太阳能电池板直接发电，并将电能储存至蓄电池中，晚上供LED路灯照明使用．蓄电池充满电后不再充电，使用时放电至余留20%停止电能输出，可使蓄电池使用寿命更为长久．
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．（煤的热值为3.0×107J/kg）
风力发电机太阳能电池板
最大限制风速12.0m/s电池板面积0.5m2
最大输出功率400W光电转化效率16%
蓄电池LED路灯
蓄电池容量90Ah额定电压12V
额定电压12V额定功率60W
（1）关于风光互补路灯系统，下列说法中正确的是C．
A．风力发电机能将电能转化为机械能
B．太阳能电池板工作时先将太阳能转化为内能再转化为电能
C．白天有阳光时，蓄电池相当于一个用电器
D．LED灯的灯丝是利用新型超导体材料制作的
（2）当太阳光照射到电池板表面处每平方米的功率为1000W时，太阳能电池板的输出总功率为80W．
（3）已知风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比，若风力发电机的输出功率为50W，此时风速为6m/s．
（4）充满电的蓄电池以额定电压对LED路灯供电，为使蓄电池的使用寿命更为长久，持续供电时间不能超过14.4h．该LED灯正常发光时的电流为0.2A，和普通的白炽灯相比可节能80%，则LED路灯与300W的白炽灯亮度相当．
（5）某道路的路灯采用该型号风光互补路灯照明，已知路灯共700盏，每天正常工作10h，则一天消耗的电能为420kW•h．如果用烧煤发出的电对该道路的路灯供电，已知煤电转换关系为β=400g/（kW•h），则一天需要烧煤168kg．如果用这些煤烧水，在标准大气压下，最多可将15t初温为20℃的水烧开．【已知水的比热容为4200J/（kg•℃）】

分析 （1）风能和太阳能是能量巨大的资源，风扇式发电机可以通过风吹动扇片转动，把风能转化为电能；太阳能电池可以把太阳能转化为电能；
（2）知道太阳能电池板的面积、光电转化效率，知道当太阳光照射到电池板表面处每平方米的功率，利用效率公式求太阳能电池板的输出功率；
（3）根据发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比求出风速．
（4）知输出功率和额定电压，可求正常输出电流，又知道蓄电池的容量，使用时放电至余留20%停止电能输出，求出放电量，根据电流定义式可求出放电时间．
LED灯正常发光时的电压和额定电压相等，根据P=UI求出正常发光时的电流；
消耗的电能之差与小灯泡消耗的电能之比就是节约的百分比，据此进行解答；
（5）知道路灯的额定电压和额定功率，可求总功率，再利用W=Pt求消耗的电能；再根据煤电转换关系求需要煤的质量．
由题知，Q吸=Q放，知道水的比热容，求出水温度的升高值，利用吸热公式Q吸=cm（t-t0）求水的质量．

解答 解：
A、风力发电机发电时是把机械能转化为电能，故A错误；
B、太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能，故B错误；
C、白天有阳光时，此时蓄电池相当于用电器，将电能转化为蓄电池的化学能，故C正确；
D、低碳节能的LED，即是发光二极管，制作发光二极管的核心材料就是半导体材料，故D错误；
故选C；
（2）太阳能电池板的输出功率：
P输出=P0/m2×0.5m2×16%=1000W/m2×0.5m2×16%=80W；
（3）根据题意可知，$\frac{{P}_{大}}{{v}_{大}^{3}}$=$\frac{P}{{v}^{3}}$，
所以风速v=$\root{3}{\frac{P×{v}_{大}^{3}}{{P}_{大}}}$=$\root{3}{\frac{50W×（12m/s）^{3}}{400W}}$=6m/s；
（4）由P=UI，
可得，I=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{12V}$=5A，使用时放电至余留20%停止电能输出，放电量Q=90Ah×（1-20%）=72Ah，
由I=$\frac{Q}{t}$可得，放电时间：
t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{72Ah}{5A}$=14.4h．
由P=UI可得，LED灯正常发光时的电流：
ILED=$\frac{{P}_{LED}}{{U}_{LED}}$=$\frac{60W}{12V}$=5A；
设两种灯泡正常发光的时间为t，
由P=$\frac{W}{t}$可得，LED消耗的电能为WLED=PLEDt=60W×t，小灯泡消耗的电能为WL=PLt，
因在达到相同亮度的条件下，LED灯可以节约80%的电能，
所以，$\frac{{P}_{L}t-60W×t}{{P}_{L}×t}$=80%，
解得：PL=300W．
（5）路灯总功率：P=60W×700=42000W=42kW，
因为P=$\frac{W}{t}$，
所以一天消耗的电能：W=Pt=42kW×10h=420kW•h；
已知煤电转换关系为β=400g/（kW•h），
所以需要煤的质量：m=W总×β=400g/（kW•h）×420kW•h=168000g=168kg．
168kg完全燃烧放出的热量：
Q放=m煤q=168kg×3×107J/m3=5.04×109J；
由题知，Q吸=Q放=5.04×109J；
由Q吸=cm（t-t0）可得：
5.04×109J=4.2×103J/（kg•℃）×m×（100℃-20℃），
解得：m=15000kg=15t，
故答案为：（1）C；（2）80；（3）6；（4）14.4；5；300；（5）420；168；15．

点评 本题为电学、热学综合题，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，属于难题！

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