Question

9．科技改變生活．據(jù)央視《新聞直播間》報(bào)道，一發(fā)過設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出“太陽能樹”，它的外形與普通盆栽很像，但“長”出來的是數(shù)塊太陽能板葉子，可根據(jù)太陽的方向調(diào)整每塊太陽能板的位置，從而確保最大限度地吸收太陽能，最后將能量儲(chǔ)存在太陽能樹底座內(nèi)置的蓄電池內(nèi)，底座上還擁有一個(gè)USB輸出口，可以為手機(jī)充電，且其輸出電壓可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)．根據(jù)以上敘述請(qǐng)分析以下問題：
（1）此太陽能樹的葉子在接受光照時(shí)首先將太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）若此太陽能樹的內(nèi)置蓄電池的最大容量為4500mAh，輸入電壓為6V．當(dāng)將此太陽能樹一次充電，再為某一手機(jī)充電，該手機(jī)的電池充電時(shí)輸入功率是1.5W，充電時(shí)間為2h．如果不考慮手機(jī)充電時(shí)能量損耗，則每次都將該手機(jī)完全放電后再開始充電，請(qǐng)計(jì)算可為此手機(jī)最多充幾次電？
（3）太陽能電池有很多優(yōu)點(diǎn)，如使用壽命長，保養(yǎng)費(fèi)用極低；但缺點(diǎn)是效率低，理論上最高效率只有25%，制造太陽能電池所需的單晶硅價(jià)格昂貴．如果某一個(gè)家庭耗電1200kW•h，如果家用電器全部改用太陽能電池供電，假定太陽輻射能為800W/m²，按1年200天，每天6h光照計(jì)算，同時(shí)配有高效蓄電池．估計(jì)要在屋頂安裝的太陽能電池板面積至少是多少？

Answer 1

分析 （1）太陽能電池板就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，這種電能再以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在電池中；蓄電池充電時(shí)，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；放電時(shí)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）知道蓄電池的最大容量，根據(jù)Q=It求出電荷量，然后利用W=UIt=UQ求出儲(chǔ)存的電能，又知道手機(jī)的電池充電時(shí)輸入功率和充電時(shí)間，根據(jù)W=Pt求出手機(jī)的電池充電時(shí)消耗的電能，最后儲(chǔ)存的總電能除以手機(jī)充電消耗的電能即得充電的次數(shù)；
（3）知道一個(gè)家庭耗電量和光電轉(zhuǎn)化效率，根據(jù)η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{太}}$×100%的變形公式W_太=$\frac{{W}_{電}}{η}$求出太陽能電池板接收的太陽能，又知道每平方米太陽能的輻射功率和光照時(shí)間，根據(jù)由W_太=P₀St的變形公式S=$\frac{{W}_{太}}{{P}_{0}t}$求出太陽能電池板面積．

解答 解：（1）太陽能樹的葉子（太陽能板）在接受光照時(shí)，
將太陽能轉(zhuǎn)化為電能給蓄電池充電，蓄電池再將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，
故此太陽能樹的葉子在接受光照時(shí)首先將太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）由I=$\frac{Q}{t}$得，蓄電池的最大容量：
Q=It=4.5A×3600s=1.62×10⁴C，
則此太陽能樹的內(nèi)置蓄電池儲(chǔ)存的電能：
W=UIt=UQ=6V×1.62×10⁴C=9.72×10⁴J，
手機(jī)的電池充電時(shí)輸入功率P=1.5W，充電時(shí)間t′=2h=7200s，
由P=$\frac{W}{t}$得，手機(jī)的電池充電時(shí)消耗的電能：
W′=Pt′=1.5W×7200s=1.08×10⁴J，
則太陽能樹的內(nèi)置蓄電池可為此手機(jī)充電的次數(shù)：
n=$\frac{W}{W′}$=$\frac{9.72×1{0}^{4}J}{1.08×1{0}^{4}J}$=9次．
（3）一個(gè)家庭耗電W_電=1200kW•h=4.32×10⁹J，
由η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{太}}$×100%得，太陽能電池板接收的太陽能：
W_太=$\frac{{W}_{電}}{η}$=$\frac{4.32×1{0}^{9}J}{25%}$=1.728×10¹⁰J，
一年中的光照總時(shí)間t=200×6×3600s=4.32×10⁶s，
由W_太=P₀St得，要在屋頂安裝的太陽能電池板面積：
S=$\frac{{W}_{太}}{{P}_{0}t}$=$\frac{1.728×1{0}^{10}J}{800W/{m}^{2}×4.32×1{0}^{6}s}$=5m²．
答：（1）電能；
（2）可為此手機(jī)最多充9次電；
（3）估計(jì)要在屋頂安裝的太陽能電池板面積至少是5m²．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合應(yīng)用題，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，屬于結(jié)合現(xiàn)代科技考查物理知識(shí)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．