Question

在全國(guó)政協(xié)十一屆五次會(huì)議上，政協(xié)委員于2012年3月14日提出了要大力發(fā)展新能源，太陽(yáng)能是21世紀(jì)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用的新能源之一．太陽(yáng)能動(dòng)力車(chē)是利用太陽(yáng)能電池將接收到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再利用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的一種新型機(jī)動(dòng)車(chē)．
有一種太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)車(chē)（研制過(guò)程的樣品），它上面的太陽(yáng)能接收板的有效面積為S=8m²，太陽(yáng)晴朗且接收板對(duì)著太陽(yáng)時(shí)，每平方米面積上能接收到太陽(yáng)的功率為P₀=1kW，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓為U=120V，可供電動(dòng)機(jī)正常工作的電流為I=10A．求：
（1）在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多大？
（2）如果電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)．將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是75%，且該車(chē)沿水平路面勻速直線行駛時(shí)所獲得的牽引力是150N，則該車(chē)勻速行駛時(shí)的速度是多大？
（3）如果該車(chē)本身的質(zhì)量是90kg，沿水平路面行駛時(shí)受到的阻力為車(chē)子重力的1/10，那么，該車(chē)沿水平路面勻速行駛時(shí)能裝載多少貨物？（g=10N/kg）
（4）通過(guò)以上介紹及有關(guān)計(jì)算，你對(duì)該車(chē)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)及性能已經(jīng)有了大致的了解．如果你是評(píng)審專(zhuān)家之一，你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)車(chē)能否批量生產(chǎn)投放市場(chǎng)？

Answer 1

分析：（1）先求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能，然后求出太陽(yáng)能消耗的太陽(yáng)能，最后求出太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率；
（2）求出電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率，然后由功率公式P=Fv的變形公式求出車(chē)行駛的速度；
（3）車(chē)勻速行駛，處于平衡狀態(tài)，車(chē)受的阻力等于牽引力，求出阻力，然后求裝載貨物的質(zhì)量；
（4）根據(jù)速度大小和所裝貨物的多少等來(lái)評(píng)價(jià)．如果速度很小，載貨量很小就不能批量生產(chǎn)投放市場(chǎng)，如果速度和載貨量適合市場(chǎng)，我們就可以批量生產(chǎn)．

解答：解：（1）設(shè)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)間為t，電動(dòng)機(jī)工作消耗電能為：
W_電=Pt=UIt=120V×10A×t=1200t（J）
太陽(yáng)能電池消耗太陽(yáng)能為：
W_太=P_總×t=PS×t=1×10³W/m²×8m²×t=8×10³t（J）
太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率η=

W電

W太

×100%=

1200t

8000t

×100%=15%；
答：電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是15%．
（2）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率P_機(jī)=P_總×75%=UI×75%=120V×10A×75%=900W，
該車(chē)勻速行駛時(shí)的速度v=

P機(jī)

F

=

900W

150N

=6m/s；
答：該車(chē)勻速行駛時(shí)的速度是6m/s．
（3）車(chē)勻速行駛，處于平衡狀態(tài)，由平衡條件得，車(chē)所受阻力f=F=150N，
車(chē)與貨物的總重力G=

f

1 10

=

150N

1 10

=1500N，車(chē)與貨物的總質(zhì)量m=

G

g

=

1500N

10N/kg

=150kg，
m=m_車(chē)+m_貨，解得：m_貨=60kg
答：該車(chē)沿水平路面勻速行駛時(shí)能裝載60kg的貨物．
（4）不可以．因?yàn)樗�裝貨物質(zhì)量太小，且速度過(guò)低．不適合批量投放市場(chǎng)；
答：不可以．因?yàn)樗�裝貨物質(zhì)量太小，且速度過(guò)低．不適合批量投放市場(chǎng)．

點(diǎn)評(píng)：本題考查速度的計(jì)算，電功率的計(jì)算以及質(zhì)量的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，解題過(guò)程中還要注意單位的換算以及二力平衡條件的應(yīng)用．