太阳能是21世纪重点发展的能源之一，太阳能汽车是利用太阳能电池

问题问答题

太阳能是21世纪重点发展的能源之一，太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的新型交通工具．某太阳能实验车，车上太阳能电池接受太阳能的有效面积为8 m²，太阳光照射到电池板每平方面积上的辐射功率为P₀=1 kW，在晴朗的日子，电池对着太阳时产生的电压U=120 V，并对车上的电动机提供I=10 A的电流．

（1）太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？

（2）如果这辆车的电动机将电能转化为机械能的效率为75%，则汽车的机械功率为多少？当它在水平路匀速行驶时，受到的牵引力是150 N，则其行驶速度是多少？

（3）如果汽车的机械能换用汽油提供，则汽车每小时要消耗多少kg的汽油？设汽油完全燃烧放出热量的50%转化为汽车的机械能，汽油的热值为q=4.6×10⁷J/kg．

答案

（1）∵P₀=1 kW=1000W，

∴太阳能电池的面板接收到的太阳能的总功率为：

P_总=P₀×8=1000W×8=8000W，

∵U=120V，I=10A，

∴转化为太阳能汽车的电功率为：

P_电=UI=120V×10A=1200W，

则太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为：

η=

P电

P总

1200W

8000W

=15%．

答：太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是15%．

（2）∵这辆车的电动机将电能转化为机械能的效率η₁=75%，

∴汽车的机械功率为：

P_机=P_电×η₁=1200W×75%=900W，

又∵F=150N，

∴汽车的行驶速度为：

P机

900W

150N

=6m/s．

答：汽车的机械功率为900W，汽车的行驶速度为6m/s．

（3）∵P_机=900W，t=1h=3600s，

∴获得的机械能为：

W=P_机t=900W×3600s=3.24×10⁶J，

又∵汽油完全燃烧放出热量的50%转化为汽车的机械能，

∴Q_放=

η2

3.24×106J

50%

=6.48×10⁶J，

而q=4.6×10⁷J/kg，

∴汽油的质量为：

Q放

6.48×106J

4.6×107J/kg

≈0.14kg．

答：汽车每小时要消耗0.14kg的汽油．