Question

今年的五一黃金周期間，上海小明一家到杭州游玩，他們乘坐豪華游艇欣賞西湖的秀麗風(fēng)光導(dǎo)游小姐用甜潤(rùn)的聲音向游客介紹：本游艇是當(dāng)?shù)匾患颐駹I(yíng)科技公司與上海交通大學(xué)合作研制的，游艇以太陽能為動(dòng)力，不僅節(jié)約能源而且無污染，它的關(guān)鍵技術(shù)部件是光電轉(zhuǎn)換板，此板接受太陽光的面積是8米²，當(dāng)板正對(duì)太陽光時(shí)能夠產(chǎn)生120伏的電壓，游艇上的自動(dòng)裝置使光電轉(zhuǎn)換板始終與陽光垂直，現(xiàn)在我們游艇上的光電轉(zhuǎn)換板正向電動(dòng)機(jī)提供10安的強(qiáng)大電流．聽完介紹，小明饒有興趣地問了導(dǎo)游一些問題，導(dǎo)游告訴他：電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻是4歐，現(xiàn)在太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率為1.0×10³瓦/米²．
根據(jù)以上信息，求：
（1）太陽光照到光電轉(zhuǎn)換板上時(shí)，把

太陽

能轉(zhuǎn)化為

電

能．
（2）該光電轉(zhuǎn)換板的效率．
（3）電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率．

Answer 1

分析：（1）太陽光照到光電轉(zhuǎn)換板上時(shí)，實(shí)現(xiàn)了太陽能向電能的轉(zhuǎn)化；
（2）知道太陽光垂直照射到單位面積上的輻射功率和光電轉(zhuǎn)換板的面積，求出光電轉(zhuǎn)換板接收太陽能的功率；再求出光電轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)化為電能的功率，利用效率公式求該光電轉(zhuǎn)換板的效率；
（3）知道電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻和通過的電流，利用P=I²R可求發(fā)熱功率；電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率等于光電轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)化為電能的功率減去發(fā)熱功率，電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率等于電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率與光電轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)化為電能的功率之比．

解答：解：
（1）太陽光照到光電轉(zhuǎn)換板上時(shí)，把太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）光電轉(zhuǎn)換板接收太陽能的功率：
P_總=1×10³W/m²×8m²=8×10³W，
輸出功率：
P_電=UI=120V×10A=1200W，
該光電轉(zhuǎn)換板的效率：
η₁=

P電

P總

=

1200W

8000W

=15%；
（3）電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率：
P_熱=I²R=（10A）²×4Ω=400W，
電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率：
P_機(jī)=P_電-P_熱=1200W-400W=800W，
電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：
η₂=

P機(jī)

P電

=

800W

1200W

≈66.7%．
答：（1）太陽光照到光電轉(zhuǎn)換板上時(shí)，把太陽能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）該光電轉(zhuǎn)換板的效率為15%；
（3）電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為66.7%．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)的綜合應(yīng)用題，與實(shí)際生活相聯(lián)系，涉及到太陽能的利用實(shí)例，可以提高學(xué)生開發(fā)太陽能的意識(shí)．