Question

14．某市高速出口有100盏风光互补路灯成了一道靓丽的风景，如图一，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，有阳光时通过太阳能电池板发电，并将电能储存至蓄电池中．如图二是风光互补路灯系统原理框图．为了节能该路灯采用LED灯照明．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．

太阳能电池板	风力发电机	蓄电池	LED灯
电池板的总面积0.5m2	最大限制风速12.0m/s	电池容量150Ah	额定电压24V
太阳能电池板平均输出功率100W	最大输出功率400W	额定电压12V	额定功率60W

（1）该型号LED灯正常工作时的电流为2.5安；
（2）蓄电池充满电时，储存的电能为6.48×10⁶焦；
（3）每盏风光互补的路灯整机质量为35千克，灯杆底部跟地面上底板的总接触面积约为25厘米²，则每盏风光互补路灯对地面上底板的压强为多少？
（4）这100盏该型号风光互补路灯，每天正常工作10h，一个月消耗多少电能？如果用火力发电供电，则一个月需要消耗煤炭多少kg？（已知火力发电时，发1度电需煤0.4kg，一个月以30天计）

Answer 1

分析 （1）该型号LED灯正常工作时的功率和额定功率相等，根据P=UI求出正常工作时的电流；
（2）知道蓄电池的容量和额定电压，根据W=UIt求出蓄电池充满电时储存的电能；
（3）每盏风光互补的路灯对地面的压力和自身的重力相等，根据F=G=mg求出其大小，根据p=$\frac{F}{S}$求出每盏风光互补路灯对地面上底板的压强；
（4）根据W=Pt求出100盏该型号风光互补路灯，每天正常工作10h，一个月消耗的电能，从而计算出一个月需要消耗煤炭的质量．

解答 解：（1）该型号LED灯正常工作时的电压为24V，功率为60W，
由P=UI可得，正常工作时的电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{24V}$=2.5A；
（2）蓄电池充满电时，储存的电能：
W=UIt=12V×150A×3600s=6.48×10⁶J；
（3）每盏风光互补路灯对地面上底板的压力：
F=G=mg=35kg×9.8N/kg=343N，
每盏风光互补路灯对地面上底板的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{343N}{25×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.372×10⁵Pa；
（4）100盏该型号风光互补路灯的总功率：
P=100×60W=6000W=6kW，
一天消耗的电能：
W=Pt=6kW×10h=60kW•h，
一个月用电：
W_总=60kW•h×30=1800kW•h，
因火力发电时，发1度电需煤0.4kg，
所以，一个月需要消耗煤炭的质量：
m=$\frac{1800kW•h}{0.4kg/kW•h}$=4500kg．
答：（1）2.5；
（2）6.48×10⁶；
（3）每盏风光互补路灯对地面上底板的压强为1.372×10⁵Pa；
（4）这100盏该型号风光互补路灯，每天正常工作10h，一个月消耗1800kW•h的电能；如果用火力发电供电，则一个月需要消耗煤炭4500kg．

点评 本题为电学、力学综合题，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，还要仔细阅读题目，要学会从题目所给信息中找到解题有用的信息，有一定的难度．