Question

18．光伏只能機器人可以將光能轉(zhuǎn)化為電能儲存，以便自身提供智能服務(wù)所需要的能量．現(xiàn)有一輛光伏智能機器人玩具車，配備有80cm²的太陽能電池板（可自動調(diào)整角度始終正對太陽光），該電池板的光電轉(zhuǎn)化效率為25%，電池板儲存電能的80%可以給機器人提供行走時的能量．（已知每秒鐘從太陽射到地球上垂直于太陽光每平方米表面的能量為1.5×10³J）求：
（1）已知機器人1min可以行走15m的距離，求機器人行走時平均速度為多少m/s？
（2）若光照正對機器人太陽能電池板2h的能量可以使機器人以0.2m/s的速度勻速行駛12h，求機器人行走時的平均阻力．
（3）若機器人某次以0.4m/s勻速行走時受到阻力的大小為2.4N，行走過程中電池板兩端的電壓恒定為12V，求機器人行走時電池板的電流．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)速度的計算公式求出速度的大�。�
（2）先求出太陽能電池板2h獲得的能量，根據(jù)效率公式求出電池板儲存的電能，從而求出電池板給機器人提供行走時牽引力所做的功；再根據(jù)W=Fs求出牽引力的大小，根據(jù)二力平衡求出阻力的大小；
（3）根據(jù)公式P=Fv求出機器人的功率，在根據(jù)P=UI求出電流．

解答 解：（1）機器人行走時間t=1min=60s，
則機器人行走時平均速度：
v=$\frac{s}{t}$=$\frac{15m}{60s}$=0.25m/s
（2）由題意知，光照正對機器人太陽能電池板2h獲得的能量：
E_太=1.5×10³J/（s•m²）×2×3600s×80×10^-4m²=8.64×10⁴J，
由η₁=$\frac{{W}_{電}}{{E}_{太}}$×100%得，電池板儲存的電能：
W_電=η₁E_太=25%×8.64×10⁴J=2.16×10⁴J，
由η₂=$\frac{{W}_{機械}}{{W}_{電}}$×100%得，機器人行走時牽引力做功：
W_機械=η₂W_電=80%×2.16×10⁴J=1.728×10⁴J，
機器人行走時間t′=12h=4.32×10⁴s，
由v=$\frac{s}{t}$得，機器人行走的路程：
s′=v′t′=0.2m/s×4.32×10⁴s=8640m，
由W=Fs得，機器人行走時的牽引力：
F=$\frac{{W}_{機械}}{s′}$=$\frac{1.728×1{0}^{4}J}{8640m}$=2N，
因為機器人勻速行走，根據(jù)二力平衡條件可知，
機器人行走時的平均阻力f=F=2N．
（3）機器人行走時的功率為：P=Fv=2.4N×0.4m/s=0.96W；
電池板儲存電能的80%可以給機器人提供行走時的能量，則電池板的功率為：
P'=$\frac{P}{{η}_{2}}$=$\frac{0.96W}{80%}$=1.2W；
由P=UI得電池板的電流為：
I=$\frac{P'}{U}$=$\frac{1.2W}{12V}$=0.1A．
答：（1）已知機器人1min可以行走15m的距離，求機器人行走時平均速度為0.25m/s；
（2）若光照正對機器人太陽能電池板2h的能量可以使機器人以0.2m/s的速度勻速行駛12h，求機器人行走時的平均阻力為2N；
（3）若機器人某次以0.4m/s勻速行走時受到阻力的大小為2.4N，行走過程中電池板兩端的電壓恒定為12V，求機器人行走時電池板的電流為0.1A．

點評 本題考查了速度的計算、功和功率的計算，是一道綜合題，具有一定的難度，在解題過程中，要學(xué)會熟練應(yīng)用公式．