Question

3．太陽能是21世紀重點開發利用的能源之一．太陽能動力車是利用太陽能電池將接收到的太陽能轉化為電能，再利用電動機來驅動的一種新型機動車．有一輛太陽能實驗車（研制過程中的樣品），它上面的太陽能電池板的有效面積為8m²，天氣晴朗且電池板對著太陽時，每平方米面積上能夠接收到的太陽能的功率為1kW，太陽能電池產生的電壓為120V，可供電動機正常工作的電流為10A．求：
（1）在電動機正常工作時，太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率是多大？
（2）如果電動機正常工作時，將電能轉化為機械能的效率為75%，且該車沿水平路面勻速行駛時所獲得的牽引力為150N，則該車勻速行駛的速度是多大？

Answer 1

分析 （1）已知太陽能電池接受太陽能的面板的有效面積和太陽光照射到電池板每平方米面積上的輻射功率，從而可以求出太陽能電池的面板接收到的太陽能的功率，
知道太陽能電池產生的電壓和供電動機正常工作的電流和電壓，根據P=UI求出電動機正常工作時的功率，然后根據η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{太}}$×100%=$\frac{{P}_{電}t}{{P}_{太}t}$×100%=$\frac{{P}_{電}}{{P}_{太}}$×100%求出太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率；
（2）根據η′=$\frac{{W}_{機械}}{{W}_{電}}$×100%=$\frac{{P}_{機械}t}{{P}_{電}t}$×100%=$\frac{{P}_{機械}}{{P}_{電}}$×100%的變形公式P_機械=η′P_電求出電動機輸出的機械功率，再根據P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的變形公式求出該車勻速行駛的速度．

解答 解：（1）太陽能電池板獲得的太陽能的功率：
P_太=8×1kW=8kW=8000W，
電動機正常工作時的功率：
P_電=UI=120V×10A=1200W，
則太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率：
η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{太}}$×100%=$\frac{{P}_{電}t}{{P}_{太}t}$×100%=$\frac{{P}_{電}}{{P}_{太}}$×100%=$\frac{1200W}{8000W}$×100%=15%．
（2）由η′=$\frac{{W}_{機械}}{{W}_{電}}$×100%=$\frac{{P}_{機械}t}{{P}_{電}t}$×100%=$\frac{{P}_{機械}}{{P}_{電}}$×100%得，電動機輸出的機械功率：
P_機械=η′P_電=75%×1200W=900W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，該車勻速行駛的速度：
v=$\frac{{P}_{機械}}{F}$=$\frac{900W}{150N}$=6m/s．
答：（1）在電動機正常工作時，太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率是15%；
（2）該車勻速行駛的速度是6m/s．

點評 此題主要考查學生對功率的計算、效率的計算及能量的轉化等知識點的理解和掌握，涉及到的知識點較多，關鍵是變形公式及推導公式靈活運用，此題體現了物理與高科技相結合的思想．