题目
有一种太阳能路灯(电路如图),光控开关S1白天与触点a接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点b接触,给路灯供电。时控开关S2晚上12时前与触点c接触,主灯发光,12时后与触点d接触,副灯发光。主灯为“24 V 15 W”的节能灯,副灯为“24 V 10 W” 的节能灯,平均每天各工作6h。 (1)路灯正常工作一天消耗的电能是多少千瓦时? (2)已知太阳能电池板的面积为0.5 m2,每平方米平均收集功率为1.5 kW,若太阳光照射10 h能使路灯正常工作5天,求太阳能电池板光电转化效率; (3)请举出这种太阳能路灯的两个优点。 |
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题型:计算题难度:偏难来源:专项题
所属题型:计算题
试题难度系数:偏难
答案
解: (1)主灯一天消耗的电能:W1 =P1t=15×10-3kW×6h=0.09 kW h, 副灯一天消耗的电能:W2=P2t=10×10-3 kW×6 h=0. 06 kW.h, 路灯正常工作一天消耗的电能:W= W1+ W2=0 09 kW.h+ 0. 06 kW.h=0. 15 kW h. (2)10 h收集的太阳能: W光=P't=1.5 kW/m2×0.5 m2×10 h=7.5 kW.h。路灯正常工作5天消耗的电能: W电=5W=0.15kW.h×5=0.75kW.h. 电池板光电转化效率: η===10%;(其他解法及步骤只要合理也可) (3)太阳能路灯的优点: ①采用太阳能电池可以节约电能; ②主灯和副灯切换工作,也节约电能; ③太阳能零排放、无污染、取之不尽等. (答案不唯一,任选两种) |
考点梳理
初中二年级物理试题“有一种太阳能路灯(电路如图),光控开关S1白天与触点a接触,太阳能”旨在考查同学们对
电功或电能的计算、
能量转化效率、
太阳能、
……等知识点的掌握情况,关于物理的核心考点解析如下:
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根据试题考点,只列出了部分最相关的知识点,更多知识点请访问初二物理。
考点名称:电功或电能的计算
电能是表示电流做多少功的物理量,电能指电以各种形式做功的能力(所以有时也叫电功 ),分为直流电能、交流电能,这两种电能均可相互转换。
电功计算基本公式及推导公式(适用于纯电阻电路):W=UIt,W=I2Rt,W=U2t/R,W=Pt,W=Uq。
电能单位是“度”,它的学名叫做千瓦时,符号是kW·h。在物理学中,更常用的能量单位(也就是主单位,有时也叫国际单位)是焦耳,简称焦,符号是J。它们的关系是:1kW·h=3.6×106J,电能公式:W=UIt=Pt 根据欧姆定律(I=U/R)可以进一步推出:W=I2Rt=U2t/R
电功计算:
1. W=UQ电
电能也是一种能量,而这种能量的实施者就是电荷,电荷量就是这种能量在一般的时间内所有参与作功从A点到B点的实行者,每个电荷从A点到B点做的功就是电压,两者相乘就是AB的电功,就是消耗的电能
2. W=UIt
我们来看一下电功的含义,电功通俗的讲就是AB之间的一段时间A点到B点所消耗的电能(A点到B点可以是一个用电器,也可以是一部分电路)电压的实质是一个单位的电荷从A点到B点所做的功,电流提供的是在一个单位时间内AB之间的电荷量,时间也有了,那么AB之间的电荷量在一定时间内从A点到B点所做的功也就是消耗的电能就是W=UIt
3. W=Pt
W电功、P电功率、t时间
像功的计算方法一样就是功率乘以时间,在生活中可以理解为工作总量=工作效率×工作时间,同样道理电所做的功当就等于电做功的效率乘以时间。
W=I2Rt (纯电阻电路)
考点名称:能量转化效率
能量转换效率:
使用能源的过程实际上就是能量转移或转化的过程,能源在一定条件下可以转换成人们所需要的各种形式的能量,例如,煤燃烧后放出热量,可以用来烧水、做饭、取暖;也可以用来生产蒸汽,推动蒸汽机转换为机械能,或者推动汽轮发电机转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转换为机械能、光能或内能等。一般情况下,能源不可能全部转化为人们需要得到的能量,所谓能量转换效率就是人们需要得到的能量(即有用能量)与当初消耗总能量的比值,计算公式为效率=输出有用能量/输入的总能量。
能量转换效率计算公式:
能量转换效率的作用及意义
自然系统中存在的能量形式主要为:热能、机械、电能、内能、光能、化学能、声能、电磁能、原子能、生物能等,它们主要是通过一些设备进行从热能到机悈能的转变。
生态系统中能量在食物链的各个营养级之间,不断地流动和转化过程中,某一营养级的生物摄取的能量或同化量,占前一营养级生物换算或能量的生物量百分率。1942年由林德曼提出,他认为从一个营养级到另一个营养级的能量转换率为10%,则生产效率顺营养级逐级递减,即每通过一个营养级,能量减少90%。如果这个数值比例失调,就意味着生态系统中生物之间的数量平衡遭到破坏,也就是说能量转换的效率对于生态的作用也不容忽视。
考点名称:太阳能
定义:
太阳能,一般是指太阳光的辐射能量,在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下,才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等等。
太阳能的利用及其优、缺点:
利用太阳能的三种方式 |
太阳能转化为内能 |
太阳能热水器 |
太阳能转化为电能 |
太阳能电池 |
太阳能转化为化学能 |
植物进行光合作用 |
太阳能的优点 |
完全清洁、无污染,并且取之不尽,用之不竭 |
太阳能的缺点 |
太阳能太分散,收集和转换系统过于庞大,因而造价高;随气候、季节变化,不稳定,转换效率低 |
在利用太阳能的三种方式中,有的间接利用太阳能,有的直接利用。
间接利用太阳能:化石能源(光能→化学能)、生物质能(光能→化学能)
直接利用太阳能:集热器(有平板型集热器、聚光式集热器)(光能→内能),太阳能电池(光能→电能)一般应用在人造卫星、宁宙飞船、打火机、手表等方面。
能源之母——太阳能
太阳主要由最轻的元素——氢构成,其表面的温度高达6000℃,中心的温度高达1500万~2000万摄氏度。数十亿年来,太阳一直不知疲倦地向太空辐射着巨量的光和热。在它内部不停地进行着核聚变反应氧不断地发生核聚变反应,生成氦,同时释放出巨大核能,发出光和热。令人称奇的是,太阳不断地向四面八方的宇宙空间辐射能量,到达地球上的光和热不过是辐射出总能量的22亿分之一,即便如此,地球每秒钟也能接收到173万亿下瓦的能量。这个数字相当于目前全世界能源总消费量的几万倍。现在,太阳光已经照耀我们的地球50亿年了,地球在这50亿年中积累的太阳能是我们所用大部分能量的源泉。地球上的能量除地热能、潮汐能和核能外,绝大多数都是直接或间接地来源于太阳,因此太阳能也被誉为人类的能源之母。
太阳能的优缺点:
太阳能的优点
1、太阳能最大的特点是能量巨大。在地球上,没有任何能源能与太阳能相比拟。太阳能是太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。每年到达地球表面的太阳辐射能大约是130万亿吨标准煤,相当于目前全世界每年所消耗的各种能量总和的1万倍。
2、太阳能具有典型的再生性,是典型的可再生能源。而且,正是由于太阳能的可再生性,决定了其他几乎所有的可再生能源的再生性。换句话说,其他几乎所有的再生能源的再生性都来源于太阳能的再生性。
3、太阳能在时间上是长久的,对于人类而言,可以说是永久的,无限的。
4、太阳能是广泛的,在整个地球表面上,几乎都被太阳光所普照。
5、太阳能是完全洁净的能源,不排放任何污染气体和有害物质。
6、太阳能是惟一可以保持大气温度平衡而不使气候变暖的能源。
7、太阳能是最安全可靠的能源。
8、太阳能的开发和利用能够全面保持自然平衡。
9、太阳能的应用不受开采、运输和储存条件的限制。关于太阳能的优点,我们还将进行专门讨论。
太阳能的缺点
1、虽然太阳辐射能巨大,但是,由于广泛地分布于地球表面,因而太阳能的能量密度是比较低的。要从很大的面积上把太阳能收集起来,这需要大面积的设备和很大的投资。
2、由于地球的白转,使太阳能具有间歇性。这就是说,对于同一地点而言,所能接收到的太阳能是间断的。这就决定着:或者太阳能只能作为辅助能源,或者就必须增加储能装置。因而还必须增加投资。同时,大规模地储能,技术难度极大。
3、由于天气时晴时阴时雨,这又增加了太阳能的间断性,同时又使太阳能具有随机性。
4、由于地球是圆形的,也由于地球自身的运动特点,因此太阳能在地球上的分布是很不均匀的。
由于上述四个缺点,特别是第一个和第二个缺点,这就给太阳能的开发和利用带来很大的困难。这是造成今天太阳能开发利用比例很低的根本原因。