Question

18．如图是某款太阳能电动车，其太阳能电池板的面积为0.8m²．

材料种类	密度/kg．m-3	强度
碳纤维	1.6x103	强
铝合金	3.0x103	较弱
铁合金	4.5x103	较强
锰钢	7.9x103	强

（1）当太阳光照射到电池板表面处每平方米的功率为8000W时，若光电转换效率为20%太阳能电池板的输出功率为多少瓦？
（2）电动车在水平路面上以36km/h的速度匀速直线运动，若电动车的输出功率恒为500W，此时车受到地面的摩擦力多大？（不计空气阻力）
（3）若电动车质量为150kg，车轮与地面的总接触面积是300cm²，则车对地面的压强多大？
（4）部分材料的技术指标如上表所示，假如让你设计制造电动车车架，你会选择表中的那种材料？并说明理由．

Answer 1

分析 （1）已知太阳能电池板每平方米的功率，可计算出太阳能电动车接受太阳能的功率，再由光电转换效率即可计算出太阳能电池板输出的功率；
（2）电动车在水平路面匀速直线运动时，F=f，可根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv计算车受到地面的摩擦力大小；
（3）已知电动车质量，可计算出电动车重量，可由p=$\frac{F}{S}$计算车对地面的压强大小；
（4）电动车质量越小，重量越小，对地面压力越小，由影响摩擦力的因素：压力和受力面积的大小分析解答．

解答 解：
（1）由题太阳能电动车电池板接受太阳能功率P=0.8m²×8000W=6400W，
所以太阳能电池板输出功率P_输出=ηP=20%×6400W=1280W；
（2）电动车在水平路面匀速直线运动时，不计空气阻力，水平方向受到牵引力与地面的摩擦力是一对平衡力，即F=f，
电动车速度v=36km/h=10m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=fv，
所以f=$\frac{{P}_{输出}′}{v}$=$\frac{500W}{10m/s}$=50N；
（3）由G=mg，电动车重量G=150kg×10N/kg=1500N，
电动车在水平路面上，所以对地面压力F=G，
所以电动车对地面压强p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{1500N}{300×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=5×10⁴Pa；
（4）由ρ=$\frac{m}{V}$，G=ρVg，同样体积的电动车，选用制作材料要有足够的机械强度，所选材料密度越小，电动车重量越小，对地面压力越小，行驶时受到地面的摩擦力越小，越节能．由表格可知选用碳纤维材料制作电动车车架好．
答：（1）太阳能电池板的输出功率为1280W；
（2）车受到地面的摩擦力为50N；
（3）车对地面的压强5×10⁴Pa；
（4）选用碳纤维材料．因为碳纤维材料强度大，用它制作车架可减小车重，减小对地面压力，减小行驶中受地面的摩擦，从而更节能．

点评 本题考查了功率、重力、压强的计算、密度的应用和影响摩擦力大小因素等知识，综合性强，但难度都不大．关键是掌握公式，并能灵活运用，计算中要注意各物理单位要统一．从电动车这一日常生活中常见的交通工具还能对学生渗透节能、环保方面的教育．