题目
使用太阳能汽车是开发新能源的途径之一。有一款太阳能汽车，太阳光照射到该车电池板上的总功率为8×103W时，电池产生的电压是120V，该电压对车上电动机提供的电流是10A。问：
（1）此时电动机每分钟消耗的电能是多少焦耳?
（2）若电动机线圈的电阻为4Ω，则电流通过线圈每分钟产生的热量是多少焦耳？
（3）该款太阳能汽车将太阳能转化为电动机机械能的效率多大?（机械摩擦忽略不计）
（4）使用太阳能有许多优点，但也有不足之处。请你写出使用太阳能的优点和不足之处各一点。 |
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题型：计算题难度：中档来源：山东省期末题
所属题型：计算题
试题难度系数：中档
答案
解：
（1）电动机每分钟消耗的电能： W电＝UIt=120V×10A×60s=7.2×104J；
（2）电流通过线圈每分钟产生的热量： Q=I2Rt=（10A）2×4Ω×60s=2.4×104J；
（3）太阳能汽车每分钟转化为电动机的机械能：
W机械= W电-Q=7.2×104J-2.4×104J=4.8×104J，每分钟内太阳能电池板每分钟获得的能量：W=8×103W×60s=4.8×105J，∴η= = =10％。
（4）
优点：清洁无污染；太阳能取之不尽，用之不竭；不受地域限制等。
缺点：能量密度小；装置占用面积大；成本高；效率低；获取能量受四季、昼夜、阴晴条件限制等。
（合理即可， 任选一点即可） |
考点梳理
初中三年级物理试题“使用太阳能汽车是开发新能源的途径之一。有一款太阳能汽车，太阳”旨在考查同学们对
电功或电能的计算、
能量转化效率、
焦耳定律及计算公式、
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三物理。
- 电功或电能的计算
- 能量转化效率
- 焦耳定律及计算公式
- 太阳能
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：焦耳定律及计算公式
焦耳的定律及公式：
焦耳定律或焦耳－冷次定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。1841年，英国物理学家詹姆斯·焦耳发现载流导体中产生的热量Q（称为焦耳热）与电流I的平方、导体的电阻R和通电时间t成比例。而在1842年时，俄国物理学家海因里希·楞次也独立发现上述的关系，因此也称为“焦耳－冷次定律”。
采用国际单位制时，焦耳定律的表达式为：
Q = I2Rt 或 P = I2R
其中Q（热量）、I（电流）、R（电阻）、t（时间）、P（热功率）各量的单位依次为焦耳、安培、欧姆、秒和瓦特。
焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。
与欧姆定律的关系：
根据欧姆定律：
U=IR
焦耳定律的公式亦可表示为：
关于焦耳定律的历史：
关于导体中通过的电流与所产生的热量之间的定律。1840年由詹姆斯·普雷斯科特·焦耳提出。定律揭示了电流通过导线时所产生的热量和导线的电阻与电流平方的乘积成比例，即
H＝0.24IRt
式中H 为产生的总热量，单位为卡；I 为电流，单位为安；R 为电阻,单位为欧；t为时间，单位为秒；0.24为由实验定出的比例常量。
焦耳是通过实验测定发现这个定律的。但是从理论上也不难理解，当电流的大小不变，产生的热量全部来源于电荷通过导体失去的势能。电荷的数量为It，失去的势能为W，W＝RIt。因此,在单位时间中转变为热的电能为RI（焦），或者说在导体上消耗的电功率P为
P＝RI（瓦）
焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。
焦耳定律在串联电路中的运用：
在串联电路中，电流是相等的，则电阻越大时，产生的热越多。
焦耳定律在并联电路中的运用：
在并联电路中，电压是相等的，通过变形公式，W=Q=Pt=(U^2/R)×t，当U定时，R越大则Q越小。
需要注明的是，焦耳定律与电功公式W=UIt适任何元件及发热的计算，即只有在像电热器这样的电路（纯电阻电路）中才可用Q=W=UItq=I^2×Rt =(U^2/R)×t。
另外，焦耳定律还可变形为Q=IRq（后面的Q是电荷量，单位库仑（c））。
在热力学中指，气体的内能只是温度的函数，与体积无关。即内能对体积的偏导数为零。
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：
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利用太阳能的三种方式 |
太阳能转化为内能 |
太阳能热水器 |
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太阳能转化为电能 |
太阳能电池 |
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太阳能转化为化学能 |
植物进行光合作用 |
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太阳能的优点 |
完全清洁、无污染，并且取之不尽，用之不竭 |
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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。
