Question

一輛太陽能實驗車上的太陽能電池板的總面積為S=8m²，太陽光照射到電池板上單位面積上的輻射功率為P_o=1kw/m²，穩定時電池組可提供給電動機的電壓U=120V，工作電流為I=10A，電動機內阻為R=2Ω．已知該車在水平路面行駛時受到的阻力為F=150N，求：
（1）實驗車上所用的太陽能電池板的效率是多少？
（2）這輛車在該路面上行駛的最大速度是多大？

Answer 1

解：（1）太陽能電池的面板接受到太陽能的功率為：
P_太=P₀S=1KW/m²×8m²=8000W，
轉化為太陽能汽車的電功率為：
P_電=UI=120V×10A=1200W，
太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率：
η=×100%==15%．
（2）電動機線圈的發熱功率：P_熱=I²R=（10A）²×2Ω=200W，
P_機械=P_電-P_熱=1200W-200W=1000W，
這輛車在該路面上行駛的最大速度：
v==≈6.67m/s．
答：（1）實驗車上所用的太陽能電池板的效率是15%；
（2）這輛車在該路面上行駛的最大速度約為6.67m/s．
分析：（1）能量的利用效率為有用功與總功的比值，也可以利用有用功率與總功率的比值來求得．在此題中太陽光照射到電池板每平方米面積上的輻射功率為總功率，對汽車電動機提供的功率為有用功率，由此入手可以解決此題．
（2）根據P=I²R可求出電動機的發熱功率，用輸出功率減去發熱功率就是機械功率，然后P=Fv求出這輛車在該路面上行駛的最大速度．
點評：本題考查了學生對效率公式（有用功率和總功率的比值）的掌握和運用，利用所學知識解決實際問題要求靈活選用公式．