Question

3．閱讀短文，回答問題：
風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)      風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)同時安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板，有風(fēng)時通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，白天有陽光時通過太陽能電池板直接發(fā)電，并將電能儲存至蓄電池中，晚上供LED路燈照明使用．蓄電池充滿電后不再充電，使用時放電至余留20%停止電能輸出，可使蓄電池使用壽命更為長久．
下表為某型號風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)的部分技術(shù)參數(shù)，其中光電轉(zhuǎn)化效率是指太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率，蓄電池容量是指蓄電池放電電流與放電總時間的乘積，最大輸出功率是指風(fēng)速達(dá)到最大限制風(fēng)速時風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率．（煤的熱值為3.0×10⁷J/kg）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)		太陽能電池板
最大限制風(fēng)速	12.0m/s	電池板面積	0.5m2
最大輸出功率	400W	光電轉(zhuǎn)化效率	16%
蓄電池		LED路燈
蓄電池容量	90Ah	額定電壓	12V
額定電壓	12V	額定功率	60W

（1）關(guān)于風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)，下列說法中正確的是C．
A．風(fēng)力發(fā)電機(jī)能將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
B．太陽能電池板工作時先將太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為電能
C．白天有陽光時，蓄電池相當(dāng)于一個用電器
D．LED燈的燈絲是利用新型超導(dǎo)體材料制作的
（2）當(dāng)太陽光照射到電池板表面處每平方米的功率為1000W時，太陽能電池板的輸出總功率為80W．
（3）已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率P與風(fēng)速v的三次方成正比，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為50W，此時風(fēng)速為6m/s．
（4）充滿電的蓄電池以額定電壓對LED路燈供電，為使蓄電池的使用壽命更為長久，持續(xù)供電時間不能超過14.4h．該LED燈正常發(fā)光時的電流為0.2A，和普通的白熾燈相比可節(jié)能80%，則LED路燈與300W的白熾燈亮度相當(dāng)．
（5）某道路的路燈采用該型號風(fēng)光互補(bǔ)路燈照明，已知路燈共700盞，每天正常工作10h，則一天消耗的電能為420kW•h．如果用燒煤發(fā)出的電對該道路的路燈供電，已知煤電轉(zhuǎn)換關(guān)系為β=400g/（kW•h），則一天需要燒煤168kg．如果用這些煤燒水，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，最多可將15t初溫為20℃的水燒開．【已知水的比熱容為4200J/（kg•℃）】

Answer 1

分析 （1）風(fēng)能和太陽能是能量巨大的資源，風(fēng)扇式發(fā)電機(jī)可以通過風(fēng)吹動扇片轉(zhuǎn)動，把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；太陽能電池可以把太陽能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）知道太陽能電池板的面積、光電轉(zhuǎn)化效率，知道當(dāng)太陽光照射到電池板表面處每平方米的功率，利用效率公式求太陽能電池板的輸出功率；
（3）根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出功率P與風(fēng)速v的三次方成正比求出風(fēng)速．
（4）知輸出功率和額定電壓，可求正常輸出電流，又知道蓄電池的容量，使用時放電至余留20%停止電能輸出，求出放電量，根據(jù)電流定義式可求出放電時間．
LED燈正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)P=UI求出正常發(fā)光時的電流；
消耗的電能之差與小燈泡消耗的電能之比就是節(jié)約的百分比，據(jù)此進(jìn)行解答；
（5）知道路燈的額定電壓和額定功率，可求總功率，再利用W=Pt求消耗的電能；再根據(jù)煤電轉(zhuǎn)換關(guān)系求需要煤的質(zhì)量．
由題知，Q_吸=Q_放，知道水的比熱容，求出水溫度的升高值，利用吸熱公式Q_吸=cm（t-t₀）求水的質(zhì)量．

解答 解：
A、風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電時是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤；
B、太陽能電池板工作時將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，故B錯誤；
C、白天有陽光時，此時蓄電池相當(dāng)于用電器，將電能轉(zhuǎn)化為蓄電池的化學(xué)能，故C正確；
D、低碳節(jié)能的LED，即是發(fā)光二極管，制作發(fā)光二極管的核心材料就是半導(dǎo)體材料，故D錯誤；
故選C；
（2）太陽能電池板的輸出功率：
P_輸出=P₀/m²×0.5m²×16%=1000W/m²×0.5m²×16%=80W；
（3）根據(jù)題意可知，$\frac{{P}_{大}}{{v}_{大}^{3}}$=$\frac{P}{{v}^{3}}$，
所以風(fēng)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，使用時放電至余留20%停止電能輸出，放電量Q=90Ah×（1-20%）=72Ah，
由I=$\frac{Q}{t}$可得，放電時間：
t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{72Ah}{5A}$=14.4h．
由P=UI可得，LED燈正常發(fā)光時的電流：
I_LED=$\frac{{P}_{LED}}{{U}_{LED}}$=$\frac{60W}{12V}$=5A；
設(shè)兩種燈泡正常發(fā)光的時間為t，
由P=$\frac{W}{t}$可得，LED消耗的電能為W_LED=P_LEDt=60W×t，小燈泡消耗的電能為W_L=P_Lt，
因在達(dá)到相同亮度的條件下，LED燈可以節(jié)約80%的電能，
所以，$\frac{{P}_{L}t-60W×t}{{P}_{L}×t}$=80%，
解得：P_L=300W．
（5）路燈總功率：P=60W×700=42000W=42kW，
因?yàn)镻=$\frac{W}{t}$，
所以一天消耗的電能：W=Pt=42kW×10h=420kW•h；
已知煤電轉(zhuǎn)換關(guān)系為β=400g/（kW•h），
所以需要煤的質(zhì)量：m=W_總×β=400g/（kW•h）×420kW•h=168000g=168kg．
168kg完全燃燒放出的熱量：
Q_放=m_煤q=168kg×3×10⁷J/m³=5.04×10⁹J；
由題知，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，
故答案為：（1）C；（2）80；（3）6；（4）14.4；5；300；（5）420；168；15．

點(diǎn)評 本題為電學(xué)、熱學(xué)綜合題，綜合考查了學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識，屬于難題！