Question

1996年清華大學(xué)和香港大學(xué)的學(xué)生合作研制了太陽(yáng)能汽車，該車是用太陽(yáng)能電池把所接收到的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化成電能供電動(dòng)機(jī)工作的.假設(shè)車上的太陽(yáng)能電池接收太陽(yáng)光能的面板面積S=8 m²，正對(duì)太陽(yáng)時(shí)能產(chǎn)生U=120 V的電壓，并對(duì)車上的電動(dòng)機(jī)提供I=10 A的電流，電動(dòng)機(jī)的電阻R=4 Ω，太陽(yáng)光照射到地面上單位面積上的輻射功率P₀=1.0×10³ W,求：

（1）該車的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光能為電能的效率η₁是多大？電池把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率η₂是多大？

（2）太陽(yáng)輻射的能量實(shí)際上是核聚變釋放的核能，其熱核反應(yīng)方程是，若質(zhì)量m=1 kg的質(zhì)子發(fā)生此核聚變所釋放的核能完全轉(zhuǎn)化為該車行駛的機(jī)械能，則能夠維持該車行駛的最長(zhǎng)時(shí)間是多少？（已知m_p=1.672 6×10^-27 kg,m_α=6.642 5×10^-27 kg,m_e=0.000 9×10^-27 kg,質(zhì)子的摩爾質(zhì)量M=1.0×10^-27 kg/mol,N_A=6.02×10²³ mol^-1)

Answer 1

解析：（1）太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光能為電能的效率：

電池把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率：

.

（2）4個(gè)質(zhì)子核聚變?yōu)?個(gè)氦核釋放的核能：

ΔE=(4m_p-m_α-2me)c²=4.15×10^-12 J

1 kg質(zhì)子都參與核聚變所釋放的能量：.

（3）設(shè)車行駛的最長(zhǎng)時(shí)間為t，則

E=（UI-I²R）t

.

答案：(1)15%       66.7%

(2)4.12×10³年