Question

4．隨著科技的發(fā)展，通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能．如圖是一輛設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)能汽車動(dòng)力部分的電路簡(jiǎn)圖．設(shè)陽(yáng)光輻射到車上太陽(yáng)能電池的光能接收板上的功率為1.0×l0⁴ W．汽車行駛時(shí)，可通過調(diào)速電阻（滑動(dòng)變阻器）來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩�改變汽車行駛速度．�?dāng)調(diào)速電阻的滑片在最左端時(shí)，汽車以72千米/時(shí)的最大速度勻速行駛，此時(shí)汽車的拉力為90N，此時(shí)電壓表示數(shù)為180V，電流表示數(shù)為15A．
（1）太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少？汽車以最大速度行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率？（本小題數(shù)據(jù)都精確到1%）
（2）當(dāng)滑片向右移至某一位置時(shí)，汽車的行駛速度小于最大速度．此時(shí)電壓表示數(shù)為150V，電流表示數(shù)為10A，則此時(shí)調(diào)速電阻是多少？此時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的功率與滑動(dòng)變阻器消耗的功率之比是多少？

Answer 1

分析 （1）本題中存在的能量轉(zhuǎn)化：太陽(yáng)能--電能--機(jī)械能，要區(qū)分每次的效率；
（2）根據(jù)R=$\frac{U}{I}$進(jìn)行計(jì)算可得，利用串聯(lián)電路的特點(diǎn)，根據(jù)公式P=UI求解；

解答 解：（1）由題可知，陽(yáng)光輻射到車上太陽(yáng)能電池的光能接收板上的功率P=1.0×l0⁴ W
由圖可知，滑片滑至最左端時(shí)，調(diào)速電阻接入電路的電阻為零，此時(shí)電路電功率P_電=UI=180V×15A=2700W
太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率：η₁=$\frac{{P}_{電}}{P}$=$\frac{2700W}{1.0×1{0}^{4}W}$=27%
汽車勻速行駛時(shí)的做功功率：P_車=Fv=90N×$\frac{72}{3.6}$m/s=1800W
電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：η₂=$\frac{{P}_{車}}{{P}_{電}}$=$\frac{1800W}{2700W}$≈66.7%；
（2）由圖可知，調(diào)速電阻與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，電壓表測(cè)電動(dòng)機(jī)兩端電壓U₁=150V，電流表測(cè)電路電流I=10A，
調(diào)速電阻兩端電壓：U₂=U-U₁=180V-150V=30V，
調(diào)速電阻R=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{30V}{10A}$=3Ω；
串聯(lián)電路中電流處處相等，電動(dòng)機(jī)消耗的功率P₁與滑動(dòng)變阻器消耗的功率P₂之比：$\frac{{P}_{1}}{{P}_{2}}$=$\frac{{U}_{1}I}{{U}_{2}I}$=$\frac{150V}{30V}$=$\frac{5}{1}$．
答：（1）太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是27%，汽車以最大速度行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為66.7%；
（2）電壓表示數(shù)為150V，電流表示數(shù)為10A時(shí)，此時(shí)調(diào)速電阻為3Ω，電動(dòng)機(jī)消耗的功率與滑動(dòng)變阻器消耗的功率之比是5：1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了效率的有關(guān)運(yùn)算，要掌握功率的計(jì)算公式，區(qū)分能量的轉(zhuǎn)化過程．