Question

(2009全國初中應(yīng)用物理知識競賽題) 右圖所示為一種太陽能照明燈，太陽能電池板供1只“220 V 40W”的電子節(jié)能燈工作。若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3 m²，地球上該處與太陽光垂直的表面接收的太陽輻射能約為7.2 ×10⁴J／(min·m²)，太陽光照一天，恰好可供電子節(jié)能燈工作10 h。假設(shè)太陽光一直垂直照射太陽能電池板，且不考慮天氣影響，每天以8 h計算。求：

（1）．太陽能照明燈利用太陽能的效率大約是多少?

（2）．若200 W的白熾燈與這種40 W的電子節(jié)能燈的發(fā)光效果相當。請你根據(jù)下表中數(shù)據(jù)計算說明：按目前價格使用這種太陽能照明燈與使用這種白熾燈相比在經(jīng)濟上是否有優(yōu)勢?(燈每天工作10 h，一年按365天計算)

	額定電壓/V	額定功率/W	平均壽命	每只售價/元	每度電費/元
白熾燈	220	200	1000小時	2．0	0.5
電子節(jié)能燈	220	40	8000小時	20
太陽能電池板			20年	1500

Answer 1

 解析：（1）. 太陽能電池板工作一天（按8h計算）吸收的太陽能E=7.2×10⁴×0.3×8×60J≈1.04×10⁷J

照明燈工作10h消耗電能W=Pt=40×10×3600J=1.44×10⁶J.

太陽能照明燈利用太陽能的效率大約是η=W/E==14%.

（2）. 在相同的時間內(nèi)(20年)進行比較：

白熾燈（或節(jié)能燈）工作總時間：20×365×10h=73000h。

使用白熾燈的情況：需要的燈數(shù)為73000/1000=73盞，

購買白熾燈的費用73×2.0元=146元。

白熾燈所消耗的電能W=Pt=0.2×73000kW·h=14600 kW·h

需交電費14600×0.5元=7300元。

共計費用 146元+7300元=7446元。

使用太陽能照明燈情況：需要的燈數(shù)為73000/8000=10盞，

購買太陽能照明燈的費用10×20元=200元。

共計費用 1500元+200元=1700元。

7446元>1700元，這說明使用這種太陽能照明燈比使用白熾燈在經(jīng)濟上有很大優(yōu)勢。