Question

8．隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，太陽能的利用技術(shù)日趨成熟，太陽能-內(nèi)能的轉(zhuǎn)換，是目前最普遍的形式，某中學(xué)物理STS小組的同學(xué)在太陽能的利用方面作了一些探究．
①為了測定地表植物接收太陽能的本領(lǐng)做了如下實驗：用一面積為0.1m²的水盆，盛6kg的水，經(jīng)太陽垂直照射了30min，溫度升高了10℃．認(rèn)定地表植物接收太陽能的能力與水相同．
②同學(xué)們還利用太陽能電池板做了一艘環(huán)保船，電池板接收太陽能的面積為8m²，它正對太陽能時產(chǎn)生120V的電壓，并對船上的電動機提供10A的電流，已知電池板上垂直接收的太陽能為7.5×10⁴J/（min•m²）．求：
（1）這盆水吸收的熱量是多少？
（2）若每天有效光照6h，則面積為100m²的草坪一天吸收了多少太陽能？
（3）太陽能環(huán)保船得到的電功率為多少？這種太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化成電能的效率為多少．

Answer 1

分析 （1）知道水的質(zhì)量、水的比熱容、水的溫度升高值，利用吸熱公式Q_吸=cm△t求水吸收的熱量；
（2）求出每m²水面上每小時吸收的太陽能，即地表植物每m²水面上每小時接收的太陽能，計算面積為90m²足球場上的綠草每天6h接收的太陽能（儲存的化學(xué)能）；
（3）知道產(chǎn)生的電壓和提供的電流，利用P=UI求太陽能環(huán)保船得到的電功率（有用功率）；求出電池板每分鐘接收太陽能，利用功率公式求吸熱總功率，再利用效率公式求太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化成電能的效率．

解答 解：（1）水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×6kg×10℃=2.52×10⁵J；
（2）已知0.1m²的面積30min吸收的熱量為Q_吸=2.52×10⁵J，
故每m²水面上每小時吸收的太陽能：
Q=$\frac{{Q}_{吸}}{0.1×0.5}$=$\frac{2.52×1{0}^{5}J}{0.1×0.5}$=5.04×10⁶J；
100m²足球場上的綠草每天6h接收的太陽能（儲存的化學(xué)能）：
Q_總=5.04×10⁶J×100×6=3.024×10⁹J；
（3）電池板每分鐘接收太陽能：
Q=7.5×10⁴J/（min•m²）×8m²×1min=6×10⁵J，
吸熱總功率：
P_總=$\frac{Q}{t}$=$\frac{6×1{0}^{5}J}{60s}$=10000W，
太陽能環(huán)保船得到的電功率（有用功率）：
P_有=UI=120V×10A=1200W，
太陽能電池效率：
η=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{總}}$×100%=$\frac{1200W}{10000W}$×100%=12%．
答：（1）這盆水吸收的熱量是2.52×10⁵J；
（2）100m²足球場上的綠草每天6h的光照一天吸收了3.024×10⁹J的太陽能；
（3）太陽能環(huán)保船得到的電功率為1200W，這種太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化成電能的效率為12%．

點評 本題是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，與實際生活相聯(lián)系，涉及到太陽能的利用實例，可以提高學(xué)生開發(fā)太陽能的意識．