Question

5．如图是我市新农村建设中一道靓丽的风景-风光互补路灯，“有风无光”风力发电机发电，“有光无风”太阳能电池板发电，二者皆备时同时发电，并日夜蓄能，某型号的该路灯额定功率为50W，太阳能电池板的面积为1m²，平均输出功率为100W，问：
（1）某“幸福村寨”安装这种“风光互补路灯”100盏，如每天路灯正常工作10h，一月（30天）消耗的电能是多少？这些电能相当于完全燃烧多少千克的煤所放出的热量？（煤的热值为3.4×10⁷J/kg）（结果保留一位小数）
（2）若太阳能照射到电池板的辐射功率为800J/（s•m²）（1s内辐射在1m²上的太阳能为800J），则太阳能电池板的光电转化效率为多少？
（3）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有哪些？（答两点即可）

Answer 1

分析 （1）①知道每盏路灯额定功率和盏数，可求出总功率，又知道每天的工作时间，可得出一月（30天）的总时间，根据W=Pt求出消耗的电能；
②由题意知，煤完全燃烧所放出的热量与这些电能相等，根据Q=mq的变形公式m=$\frac{Q}{q}$求出需要完全燃烧的煤的质量；
（2）根据W=Pt求出太阳能电池板1s内平均输出电能，又知道1s内辐射在1m²上的太阳能，根据η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{太}}$×100%求出太阳能电池板的光电转化效率；
（3）这种风光互补路灯利用太阳能和风能发电，节约资源，环保，且易安装．

解答 解：（1）安装100盏这种“风光互补路灯”的总功率：
P=100P₁=100×50W=5000W=5kW，
正常工作一月（30天）的总时间：
t=30t₁=30×10h=300h，
由P=$\frac{W}{t}$得，安装100盏这种路灯一月（30天）消耗的电能：
W=Pt=5kW×300h=1500kW•h=5.4×10⁹J，
由题意知，煤完全燃烧所放出的热量Q_放=W=5.4×10⁹J，
由Q=mq得，需要完全燃烧的煤的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.4×1{0}^{9}J}{3.4×1{0}^{7}J/kg}$≈158.8kg
（2）太阳能照射到电池板的辐射功率为800J/（s•m²）（即：1s内辐射在1m²上的太阳能W_太=800J），
由P=$\frac{W}{t}$得，电池板1s内平均输出电能：
W_电=P_输出t=100W×1s=100J，
则太阳能电池板的光电转化效率：
η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{太}}$×100%=$\frac{100J}{800J}$×100%=12.5%
（3）风光互补发电机，将风能和太阳能转化为电能，所以利用的是太阳能和风能，
使用这些能源的优点是节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等．
答：（1）一月（30天）消耗的电能是5.4×10⁹J；这些电能相当于完全燃烧158.8千克的煤所放出的热量；
（2）太阳能电池板的光电转化效率为12.5%；
（3）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有：节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等．

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，关键是公式及变形公式的灵活运用，有一定的难度！
对于此类结合现代科技考查物理知识的题目，是现在中考的热点，解决此类问题时要紧扣物理考点，认真分析作答．