Question

同學(xué)們中考完后打算泛舟東湖，放松心情．東湖某種游艇是以太陽能為動(dòng)力，不僅節(jié)約能源而且無污染，它的關(guān)鍵技術(shù)部件是光電轉(zhuǎn)換板，此板接受太陽光的面積是8米²，當(dāng)板正對(duì)太陽光時(shí)能夠產(chǎn)生120伏的電壓，游艇上的自動(dòng)裝置使光電轉(zhuǎn)換板始終與陽光垂直，向電動(dòng)機(jī)提供10安的強(qiáng)大電流．電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻是4歐，太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率為1.0×l0³瓦/米²．根據(jù)以上信息，求：
（1）光電轉(zhuǎn)換板為電動(dòng)機(jī)提供的功率？
（2）光電轉(zhuǎn)換板的效率？
（3）電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率？

Answer 1

分析：（1）知道光電轉(zhuǎn)換板產(chǎn)生的電壓和向電動(dòng)機(jī)提供的電流，可利用公式P=UI計(jì)算出光電轉(zhuǎn)換板為電動(dòng)機(jī)提供的功率．
（2）知道太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率和光電轉(zhuǎn)換板的受熱面積，可以計(jì)算出光電轉(zhuǎn)換板接收太陽能的功率；已經(jīng)計(jì)算出光電轉(zhuǎn)換板為電動(dòng)機(jī)提供的功率，利用效率公式求該光電轉(zhuǎn)換板的效率．
（3）知道電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻和通過的電流，利用P=I²R可求發(fā)熱功率；電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率等于光電轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)化為電能的功率減去發(fā)熱功率，電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率等于電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率與光電轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)化為電能的功率之比．

解答：（1）∵U=120V，I=10A，
∴電轉(zhuǎn)換板為電動(dòng)機(jī)提供的功率為：P_電=UI=120V×10A=1200W．
（2）∵太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率為1.0×l0³W/m²，
∴光電轉(zhuǎn)換板接收太陽能的功率：P_總=1×10³W/m²×8m²=8000W，
則該光電轉(zhuǎn)換板的效率：η₁=

P電

P總

=

1200W

8000W

=15%．
（3）∵R=4Ω，
∴電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率為：P_熱=I²R=（10A）²×4Ω=400W，
則電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為：P_機(jī)=P_電-P_熱=1200W-400W=800W，
∴電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：η₂=

P機(jī)

P總

=

800W

1200W

≈66.7%．
答：（1）光電轉(zhuǎn)換板為電動(dòng)機(jī)提供的功率為1200W．
（2）光電轉(zhuǎn)換板的效率為15%．
（3）電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為66.7%．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)的綜合應(yīng)用題，主要考查學(xué)生對(duì)功率的計(jì)算、太陽能的轉(zhuǎn)化等知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，此題涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，屬于難題，此題體現(xiàn)了物理與高科技相結(jié)合的思想．與實(shí)際生活相聯(lián)系，涉及到太陽能的利用實(shí)例，可以提高學(xué)生開發(fā)太陽能的意識(shí)．