Question

新能源太陽能的研發運用是當代科研課題的重點項目之一，重慶理工大的小明所在課外小組研制了一款太陽能汽車；如圖，車上電池太陽能接收板的面積是6m²，它正對太陽時電池能夠產生120V的電壓，并對車上電動機提供6A的電流．而太陽光照射到地面時單位面積上的輻射功率為1.0×10³ W/m²．求：
（1）太陽能電池板每分鐘接收的太陽能是多少J？
（2）若汽車質量約為600kg，汽車能達到的最大時速90km/h，汽車行駛時受到的平均阻力為車重的0.002倍，則汽車受到的平均阻力是多少N？電動機將電能轉化為機械能的效率是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）知道太陽光照射到地面時單位面積上的輻射功率、太陽能電池板的面積和時間，求太陽能電池板每分鐘接收的太陽能；
（2）知道汽車的質量，利用重力公式G=mg求汽車重力，而汽車行駛時受到的平均阻力為車重的0.02倍，據此求汽車受到的平均阻力；而牽引力等于阻力；利用P=Fv可求轉化為機械能的有用功率；
汽車電動機的總功率利用P=UI計算，再利用效率公式η=求動機將電能轉化為機械能的效率．
解答：解：
（1）太陽能電池板每分鐘接收的太陽能：
W=1.0×10³ W/m²×6m²×60s=3.6×10⁵J；
（2）汽車重力：
G=mg=600kg×9.8N/kg=5880N，
汽車受到的阻力：
f=0.002G=0.002×5880N=11.76N，
汽車牽引力：
F=f=11.76N，
電動機轉化為機械能的有用功率：
P_有用=Fv=11.76N×90×m/s=294W，
電動機的總功率：
P_總=UI=120V×6A=720W，
電動機的效率：
η==≈40.8%．
答：（1）太陽能電池板每分鐘接收的太陽能是3.6×10⁵J；
（2）汽車受到的平均阻力是11.76N；電動機將電能轉化為機械能的效率是40.8%．
點評：本題以新型太陽能汽車為背景，考查了吸收太陽能的計算、效率的計算、功率的計算，題目新穎，激發了學生積極開發新能源的熱情！