Question

如圖所示為一種太陽能照明燈，太陽能電池板供1只“220V 40W”的電子節能燈工作．
若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3m²，地球上該處與太陽光垂直的表面接收的太陽輻射能約為7.2×10⁴J/，太陽光照一天，恰好可供電子節能燈工作10h．假設太陽光一直垂直照射太陽能電泄板，且不考慮天氣影響，每天以8h計算．求：
（1）節能燈在正常發光時的電阻多大？
（2）太陽能照明燈利用太陽能的效率大約是多少？
（3）通過估算判斷，能否用這塊電池板面積大小的集熱板，用太陽能直接對50L容積的水箱加熱．（冬季除外）用以晚上洗澡？[水的比熱容為4.2×l0³J/]．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據電子節能燈的銘牌可知額定電壓和額定功率，根據R=求出節能燈在正常發光時的電阻；
（2）根據題目提供的條件可以求出每天（8h）太陽能電池板吸收的太陽能，這是總能量；利用P=Wt求消耗的電能，即轉化的有用能量，再利用效率公式求電子節能利用太陽能的效率；
（3）先根據m=ρV求出水箱內水的質量，假設太陽能電池板吸收的熱量全部轉化為水的內能，根據Q=cm△t求出可以使
25℃的水升高到的末溫，比較一下是否超過人洗澡的適宜溫度60℃，即可判斷用以晚上洗澡．
解答：解：（1）節能燈在正常發光時的電阻：
R===1210Ω；
（2）每天（8h）太陽能電池板吸收的太陽能：
W_總=7.2×10⁴J/（min?m²）×0.3m²×8×60min=1.0368×10⁷J，
∵電子節能燈正常工作，
∴P=P_額=40W，
電子節能燈正常工作10h消耗的電能：
W_有用=Pt=40W×10×3600s=1.44×10⁶J，
太陽能照明燈利用太陽能的效率：
η==≈13.9%．
（3）水箱內水的質量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×50×10^-3m³=50kg，
假設太陽能電池板吸收的熱量全部轉化為水的內能，即Q_吸=W_總，
所以可以使25℃的水升高到：
t₂=+t₁=+25℃≈74℃．
超過人洗澡適宜的溫度60℃，故可以用以晚上洗澡．
答：（1）節能燈在正常發光時的電阻為1210Ω；
（2）太陽能照明燈利用太陽能的效率大約是13.9%；
（3）能用這塊集熱板直接對50L容積的水箱加熱用以晚上洗澡．
點評：本題綜合考查了電功率公式的計算、消耗電能的計算、效率的計算，熱量的計算和估算等，以及利用所學知識解決實際問題（新開發的太陽能照明燈能量轉化問題），加強了學生的節能意識．