Question

15．利用風能和太陽能發(fā)電是開發(fā)新能源常用的兩種方式．某種路燈裝置如圖甲所示，其電路原理圖如圖乙所示．S₂為光控開關，當路面亮度足夠時，觸片與觸點a接觸，發(fā)電裝置給蓄電池充電；當路面亮度不足時，觸片與觸點b接觸，路燈亮．S₁是時控開關，L₁、L₂均為LED節(jié)能燈，L₁為“24V  48W”，平均每天正常工作5h，L₂為“24V  24W”，平均每天正常工作10h．D₁、D₂均為二極管，它們有單向導電性．風力發(fā)電機發(fā)電功率隨風速變化如下表所示；太陽能電池板的面積為1.5m²，每平方米平均收集的功率為1kW，太陽能電池板光電轉化效率為40%．問：

平均風速（m/s）	2	3	4	5	6
發(fā)電功率（W）	100	200	300	400	480

（1）路燈正常工作時電路中的最大電流是多少？
（2）若路燈安裝處某天平均風速為3m/s的時間有4h，平均風速為5m/s的時間有1h，其余時間無風，則風力發(fā)電機該天發(fā)出的電能是多少？
（3）光照8h獲得的電能可供路燈正常工作多少時間？

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，當兩LED節(jié)能燈并聯時電路中的電流最大，根據P=UI求出正常發(fā)光時的電流，利用并聯電路的電流特點求出干路的最大電流；
（2）根據表格數據得出平均風速為3m/s和平均風速為5m/s時的發(fā)電的平均功率，根據P=$\frac{W}{t}$求出風力發(fā)電機該天發(fā)出的電能；
（3）根據效率公式求出光照獲得的電能，根據P=$\frac{W}{t}$求出每天兩燈消耗的電能，然后求出光照8h獲得的電能可供路燈正常工作的時間．

解答 解：（1）由電路圖可知，當兩LED節(jié)能燈并聯時電路中的電流最大，
因并聯電路中各支路兩端的電壓相等，且干路電流等于各支路電流之和，
所以，由P=UI可得，電路中最大電流：
I=I₁+I₂=$\frac{{P}_{1}}{U}$+$\frac{{P}_{2}}{U}$=$\frac{48W}{24V}$+$\frac{24W}{24V}$=3A；
（2）根據表格數據可知當平均風速為3m/s時，平均功率為200W，當平均風速為5m/s時，平均功率為400W，
由P=$\frac{W}{t}$可得，風力發(fā)電機該天發(fā)出的電能：
W_總=W₁+W₂=P₁t₁+P₂t₂=200×10^-3kW×4h+400×10^-3kW×1h=1.2kW•h；
（3）光照8h獲得的電能：
W_電=W_太陽能η=1kW×8h×1.5m²×40%=4.8kW•h，
可供路燈制成工作就是L₁每天平均工作5h，L₂每天平均工作10h，
則路燈正常工作每天消耗的電能：
W_總=W₁+W₂=48×10^-3kW×5h+24×10^-3kW×10h=0.48kW•h，
獲得的電能可供路燈正常工作的時間：
t=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{總}}$=$\frac{4.8kW•h}{0.48kW•h}$=10，即10天．
答：（1）路燈正常工作時電路中的最大電流是3A；
（2）風力發(fā)電機該天發(fā)出的電能是1.2kW•h；
（3）光照8h獲得的電能可供路燈正常工作10天．

點評 本題考查了電功率公式的靈活運用，關鍵是從題干中獲取有用的信息，計算過程要注意單位的換算．