Question

5．如圖是我市新農(nóng)村建設(shè)中一道靚麗的風(fēng)景-風(fēng)光互補(bǔ)路燈，“有風(fēng)無光”風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，“有光無風(fēng)”太陽能電池板發(fā)電，二者皆備時(shí)同時(shí)發(fā)電，并日夜蓄能，某型號的該路燈額定功率為50W，太陽能電池板的面積為1m²，平均輸出功率為100W，問：
（1）某“幸福村寨”安裝這種“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”100盞，如每天路燈正常工作10h，一月（30天）消耗的電能是多少？這些電能相當(dāng)于完全燃燒多少千克的煤所放出的熱量？（煤的熱值為3.4×10⁷J/kg）（結(jié)果保留一位小數(shù)）
（2）若太陽能照射到電池板的輻射功率為800J/（s•m²）（1s內(nèi)輻射在1m²上的太陽能為800J），則太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化效率為多少？
（3）從物理學(xué)的角度說出這種“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”的優(yōu)點(diǎn)有哪些？（答兩點(diǎn)即可）

Answer 1

分析 （1）①知道每盞路燈額定功率和盞數(shù)，可求出總功率，又知道每天的工作時(shí)間，可得出一月（30天）的總時(shí)間，根據(jù)W=Pt求出消耗的電能；
②由題意知，煤完全燃燒所放出的熱量與這些電能相等，根據(jù)Q=mq的變形公式m=$\frac{Q}{q}$求出需要完全燃燒的煤的質(zhì)量；
（2）根據(jù)W=Pt求出太陽能電池板1s內(nèi)平均輸出電能，又知道1s內(nèi)輻射在1m²上的太陽能，根據(jù)η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{太}}$×100%求出太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化效率；
（3）這種風(fēng)光互補(bǔ)路燈利用太陽能和風(fēng)能發(fā)電，節(jié)約資源，環(huán)保，且易安裝．

解答 解：（1）安裝100盞這種“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”的總功率：
P=100P₁=100×50W=5000W=5kW，
正常工作一月（30天）的總時(shí)間：
t=30t₁=30×10h=300h，
由P=$\frac{W}{t}$得，安裝100盞這種路燈一月（30天）消耗的電能：
W=Pt=5kW×300h=1500kW•h=5.4×10⁹J，
由題意知，煤完全燃燒所放出的熱量Q_放=W=5.4×10⁹J，
由Q=mq得，需要完全燃燒的煤的質(zhì)量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.4×1{0}^{9}J}{3.4×1{0}^{7}J/kg}$≈158.8kg
（2）太陽能照射到電池板的輻射功率為800J/（s•m²）（即：1s內(nèi)輻射在1m²上的太陽能W_太=800J），
由P=$\frac{W}{t}$得，電池板1s內(nèi)平均輸出電能：
W_電=P_輸出t=100W×1s=100J，
則太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化效率：
η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{太}}$×100%=$\frac{100J}{800J}$×100%=12.5%
（3）風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電機(jī)，將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能，所以利用的是太陽能和風(fēng)能，
使用這些能源的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能源、清潔、無污染、可再生、保護(hù)環(huán)境，且易安裝等．
答：（1）一月（30天）消耗的電能是5.4×10⁹J；這些電能相當(dāng)于完全燃燒158.8千克的煤所放出的熱量；
（2）太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化效率為12.5%；
（3）從物理學(xué)的角度說出這種“風(fēng)光互補(bǔ)路燈”的優(yōu)點(diǎn)有：節(jié)約能源、清潔、無污染、可再生、保護(hù)環(huán)境，且易安裝等．

點(diǎn)評 本題為電學(xué)、熱學(xué)綜合題，綜合考查了學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，關(guān)鍵是公式及變形公式的靈活運(yùn)用，有一定的難度！
對于此類結(jié)合現(xiàn)代科技考查物理知識的題目，是現(xiàn)在中考的熱點(diǎn)，解決此類問題時(shí)要緊扣物理考點(diǎn)，認(rèn)真分析作答．