太阳能的相关计算
一、填空题（共1小题）
1、某研究性学习小组的同学为了测定草地在夏天中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能的集热装置，实验器材有：
（1）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2（2）盛水塑料袋一个；
（3）玻璃板一块（约1m2）；
（4）秒表一只（未画出）；
（5）台秤一个（未画出）．
如图所示．设图中下部为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面．如果已知水的比热容为c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△t的关系是Q=cm△t，则为了测定草地在中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m，△t外，还应测量的物理量是 _________ ，缺少的实验仪器是 _________ ，把泡沫塑料箱内涂黑的主要目的是 _________ ，本实验会有一定的误差，试写出误差产生的主要原因是： _________ ．
二、解答题（共8小题）
2、目前，许多城市的十字路口都安装了太阳能红绿灯．白天太阳能电池板给红绿灯供电，同时多余的电能又给蓄电池充电．在阴雨天和晚上蓄电池又给红绿灯供电，使红绿灯能连续工作．其主要参数见下表
光电转换效率η
有效受光面积S
灯泡额定电压U
40%
0.5m2
24V
（1）若每天有效受光时间为6h，每平方米的面积上太阳辐射的功率为103W，求这种太阳能电池板每天获得的电能．
（2）若太阳能红绿灯由红、黄、绿三灯组成．每天获得的电能，可使它连续正常工作40h，求：太阳能红绿灯正常工作时的功率和电阻．21cnjy
3、我们生活的鸡西市，到了冬季，因日照时间短，太阳能热水器的水达不到所需温度．为此人们研制了太阳能、电能两用热水器．大鹏家最近就安装一台这样的两用热水器，如图所示．铭牌如下：
XX牌热水器
型号V﹣55
额定容积 100L
额定电压220V
额定频率50Hz
额定功率1500W
防水等级△
（1）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时需要吸收多少热量？（1L=10﹣3m3）
（2）大鹏将水箱装满水，只使用电加热器将水从20℃加热到50℃时，需加热器正常工作多长时问？（设电能全部转化为热能）
（3）在上述（2）情况下．加热器正常工作实际用了3h．则此热水器的效率为多少？
（4）仅就太阳能热水器与电热水器相比有哪些优点？（写一条即可）
4、太阳每秒钟向地球辐射的总能量，据《科学．美国人》杂志1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如此5项数据（详见表格），其中前2项没有被地球利用，请选用表格中数据计算：
（1）地球对太阳辐射能的利用率约为 _________ %
（2）因光合作用，每分钟有 _________ 千焦的太阳辐射能转化为化学能．
5、某太阳能汽车是用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能提供给电动机来驱动的．已知车上太阳能电池接收太阳光能的面板面积为8m2，正对太阳时能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，而太阳光照射到面板时每平方米的辐射功率为1000W．设太阳照射到面板的能量全部被吸收．求：
应用举例
物理原理或说明问题
如
脚蹬半径大于传动齿轮半径
相当于省力杠杆的轮轴
（1）
车座做成马鞍形
①
（2）
②
减少转动轴的摩擦和能耗
（3）
紧握刹车制，可把车停下
③
（4）
稍稍用力转动车把，车的运动方向就改变
④
（1）车上太阳能电池面板正对太阳10min接收到的能量；
（2）若通电10min，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功．
（3）太阳能汽车环保节能，但目前却无法广泛使用，你认为主要原因是什么？（举出一个）
6、用“长征三号”发射的某航天器，它的一部分光电池板面积S=8m2，正对太阳能产生U=120V的电压，为工作舱提供I=10A的电流．若太阳光照射处每1m2面积上获得的太阳辐射功率为P0=1.0×103W，试估算该光电池的光电转换效率η=？
7、太阳能电池是人类利用太阳能的智慧结晶，某研究所为了研究需要而设计制造了一块电池板，相关数据如下表：
通过查阅相关资料知：太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为P1（w/m2）．则21cnjy
（1）太阳能电池板的作用是把 _________ 能转化为 _________ 能；21cnjy
（2）该太阳能电池板的效率为 _________ ；
（3）设太阳辐射的总功率为P0（w），若不计太阳光通过太空及大气层的能量损失，已知半径为r的球面面积为4πr2，则太阳到地球的距离r= _________ ．
8、某同学为了测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验，用一面积为0.1m2的面盆盛6千克的水，经太阳垂直照15分钟温度升高5℃，若地表植物吸收太阳能的能力与水相当，请计算：
1、每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为多少焦？
2、若绿色植物在光合作用下每吸收1千焦的太阳能，可放出50毫升的氧气，则每公顷绿地每秒钟可放出多少升氧气？（1公顷=104平方米）
9、某科研所最新研制出一辆太阳能汽车，车上电池的太阳能接收板的面积是8㎡，它正对太阳时电池能产生120V的电压，并对车上电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻是4Ω，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射率为1.0×103W/m2，请计算：
（1）该车的太阳能电池的效率为多大？电动机能把电能转化为机械能的效率为多大？
（2）若太阳辐射的总功率为3.14×1026W，且太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的途中有20%的能量损耗，请根据这些资料计算出地球离太阳的距离．
（提示：若地球离太阳的距离为L，则以太阳为球心，以L为半径的热辐射球面积为4πL2）
答案与评分标准
一、填空题（共1小题）
1、某研究性学习小组的同学为了测定草地在夏天中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能的集热装置，实验器材有：
（1）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2（2）盛水塑料袋一个；
（3）玻璃板一块（约1m2）；
（4）秒表一只（未画出）；
（5）台秤一个（未画出）．
如图所示．设图中下部为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面．如果已知水的比热容为c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△t的关系是Q=cm△t，则为了测定草地在中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m，△t外，还应测量的物理量是 时间 ，缺少的实验仪器是 温度计 ，把泡沫塑料箱内涂黑的主要目的是 增强吸热效果 ，本实验会有一定的误差，试写出误差产生的主要原因是： 太阳能没有全部转化为水的内能 ．
考点：太阳能的其他相关计算。
专题：简答题；压轴题。
分析：根据需要测量的物理量的要求“单位面积上、单位时间”，还需要测量时间，同时需要测量温度的工具．需要从光的色散的角度来分析颜色的原因，同时考虑影响实验结果的因素．
解答：解：题目中需要测量“单位面积上、单位时间”，所以需要测量时间，工具是秒表；同时需要测量温度，工具是温度计．
太阳光是由七种颜色的光组成，黑色物体吸收所有颜色的光，所以涂成黑色．
本实验中，水吸热后，温度升高，与低温空气之间会存在一定的热传递现象，造成实验的误差．
故答案为：时间，温度计，增强吸热效果，太阳能没有全部转化为水的内能．
点评：本题考点较多，不仅考查学生对能量转化的理解，同时还包括色散现象．21世纪教育网
二、解答题（共8小题）
2、目前，许多城市的十字路口都安装了太阳能红绿灯．白天太阳能电池板给红绿灯供电，同时多余的电能又给蓄电池充电．在阴雨天和晚上蓄电池又给红绿灯供电，使红绿灯能连续工作．其主要参数见下表
光电转换效率η
有效受光面积S
灯泡额定电压U
40%
0.5m2
24V
（1）若每天有效受光时间为6h，每平方米的面积上太阳辐射的功率为103W，求这种太阳能电池板每天获得的电能．
（2）若太阳能红绿灯由红、黄、绿三灯组成．每天获得的电能，可使它连续正常工作40h，求：太阳能红绿灯正常工作时的功率和电阻．
考点：太阳能的其他相关计算；电功率的计算。
专题：应用题。
分析：太阳能电池板获取的太阳能是总功，转化为的电能是有用功．
根据电功的公式W=Pt和电功率的变形公式进行计算，注意单位要统一换算成国际单位制单位．
解答：解：103W=1kw，
（1）太阳能电池板每天获得的能量W总=Pt=1kw×6h×0.5=3kwh
根据机械效率公式，W有=W总×η=3kwh×40%=1.2kwh
（2）P===0.03kw=30W
电阻R===19.2Ω．
故答案为：
（1）1.2KWh
（2）30W，19.2Ω．
点评：本题考查学生对电功、电功率和电阻计算公式的应用熟练程度，以及对太阳能电池板中能量转化本质的分析能力．
3、我们生活的鸡西市，到了冬季，因日照时间短，太阳能热水器的水达不到所需温度．为此人们研制了太阳能、电能两用热水器．大鹏家最近就安装一台这样的两用热水器，如图所示．铭牌如下：
XX牌热水器
型号V﹣55
额定容积 100L
额定电压220V
额定频率50Hz
额定功率1500W
防水等级△
（1）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时需要吸收多少热量？（1L=10﹣3m3）
（2）大鹏将水箱装满水，只使用电加热器将水从20℃加热到50℃时，需加热器正常工作多长时问？（设电能全部转化为热能）
（3）在上述（2）情况下．加热器正常工作实际用了3h．则此热水器的效率为多少？
（4）仅就太阳能热水器与电热水器相比有哪些优点？（写一条即可）21世纪教育网
考点：太阳能的其他相关计算；密度的计算；能量利用效率；电功率的计算。
专题：计算题；简答题；信息给予题。
分析：（1）从铭牌知道水的体积，利用密度公式求水的质量，又知道水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量；
（2）求出了水吸收的热量，由题知电能全部转化为热能，即Q吸=W电，从铭牌中知道热水器的额定功率，因为热水器正常工作，加热功率P=P额，再利用P=求加热时间；
（3）水吸收的热量为有用能量，加热器正常工作3h消耗的电能为总能量，利用效率公式求热水器的效率；
（4）太阳能热水器用的是太阳能，电热水器消耗的是电能，从节约能源方面分析．
解答：解：（1）水的体积：
v=100L=100×10﹣3m3，
水的质量：
m=ρv=1×103kg/m3×100×10﹣3m3=100kg，
水吸收的热量：
Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×（50℃﹣20℃）
=1.26×107J；
（2）若电能全部转化为热能，即Q吸=W电，
∵热水器正常工作，
∴P=P额=1500W，21世纪教育网
∵P=，
∴加热时间：
t===8400s=140min；
（3）∵W总=Pt′=1500W×3×3600s=1.62×107J；
∴热水器的效率：
η==≈77.8%；21世纪教育网
（3）电热水器消耗电能转化为内能，被水吸收，使水的温度升高；太阳能热水器是将太阳能（属于可再生能源，取之不尽）转化为内能，相比之下节约了能源（电能）．
答：（1）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时需要吸收1.26×107J；
（2）需加热器正常工作140min；
（3）此热水器的效率约为77.8%；
（4）节约能源．
点评：本题考查了学生对密度公式、吸热公式、效率公式、电功率公式的掌握和运用，计算时注意单位统一，虽然100L水和100kg水的量相等，但不能写成100L=100kg！
4、太阳每秒钟向地球辐射的总能量，据《科学．美国人》杂志1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如此5项数据（详见表格），其中前2项没有被地球利用，请选用表格中数据计算：
（1）地球对太阳辐射能的利用率约为 23.3 %
（2）因光合作用，每分钟有 2.4×1012 千焦的太阳辐射能转化为化学能．21世纪教育网
地球对太阳辐射能的利用率η=×100%=×100%=23.3%
（2）1min=60s
太阳辐射能转化为化学能W=40×109KJ×60s=2400×109KJ=2.4×1012KJ
故答案为：
（1）23.3%
（2）2.4×1012
点评：本题考查学生对总功、有用功和额外功的分析判断能力和计算能力．
5、某太阳能汽车是用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能提供给电动机来驱动的．已知车上太阳能电池接收太阳光能的面板面积为8m2，正对太阳时能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，而太阳光照射到面板时每平方米的辐射功率为1000W．设太阳照射到面板的能量全部被吸收．求：
应用举例
物理原理或说明问题
如
脚蹬半径大于传动齿轮半径
相当于省力杠杆的轮轴
（1）
车座做成马鞍形
①
（2）
②
减少转动轴的摩擦和能耗
（3）
紧握刹车制，可把车停下
③
（4）
稍稍用力转动车把，车的运动方向就改变
④
（1）车上太阳能电池面板正对太阳10min接收到的能量；
（2）若通电10min，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功．
（3）太阳能汽车环保节能，但目前却无法广泛使用，你认为主要原因是什么？（举出一个）
考点：太阳能的其他相关计算；电功的计算；太阳能的利用。
专题：计算题；应用题。
分析：（1）知道太阳光照射到面板时每平方米的辐射功率，以及接收太阳光能面板的面积和光照时间，从而可以计算出太阳能电池面板接收到的能量．
（2）已知正对太阳时能产生的电压和对车上的电动机提供的电流以及通电时间，根据公式W=UIt可求，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功．
（3）阳能既无污染、又取之不尽，但还没有被大量使用，主要受天气影响，据此分析．
解答：解：
（1）从题可知，t=10min=600s，
则接收的能量为：E=1000W/m2×8m2×600s=4.8×106J．
（2）∵U=120V，I=10A，t=10min=600s，
∴电流通过电动机所做的功为：
W=UIt=120V×10A×600s=7.2×105J．21世纪教育网
（3）太阳能还没有被大量使用的原因是受天气影响，天时晴时阴，使得太阳能有强度弱、不稳定、不连续等缺点．
答：（1）车上太阳能电池面板正对太阳10min接收到的能量为4.8×106J．
（2）若通电10min，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功为7.2×105J．
（3）主要原因是受天气影响，天时晴时阴，使得太阳能有强度弱、不稳定、不连续等缺点．
点评：本题考查了能量和电流做功的计算，关键是公式及其公式变形的灵活运用，解题过程中要注意单位的换算，以及太阳能优缺点的了解与掌握．
6、用“长征三号”发射的某航天器，它的一部分光电池板面积S=8m2，正对太阳能产生U=120V的电压，为工作舱提供I=10A的电流．若太阳光照射处每1m2面积上获得的太阳辐射功率为P0=1.0×103W，试估算该光电池的光电转换效率η=？
考点：太阳能的其他相关计算。
专题：应用题。
分析：光电池板获取的太阳能是总功，为工作舱提供的电能是有用功．根据机械效率的公式进行计算．
解答：解：光电池板获取的太阳能=1.0×103W×8m2=8×103W
为工作舱提高的电能有用功率P=UI=120V×10A=1200W
机械效率的公式η===15%
答：该光电池的光电转换效率η=15%．
点评：本题考查学生对机械效率计算公式和对题目条件分析能力．
7、太阳能电池是人类利用太阳能的智慧结晶，某研究所为了研究需要而设计制造了一块电池板，相关数据如下表：
通过查阅相关资料知：太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为P1（w/m2）．则
（1）太阳能电池板的作用是把 太阳 能转化为 电 能；
（2）该太阳能电池板的效率为 ；
（3）设太阳辐射的总功率为P0（w），若不计太阳光通过太空及大气层的能量损失，已知半径为r的球面面积为4πr2，则太阳到地球的距离r= ．
（3）根据太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率的概念，结合地球面积S=4πr2，则r=
又因为S=，所以r=
故答案为：
（1）太阳，电
（2）
（3）
点评：本题考查学生对机械效率公式的应用，同时需要了解能量转化的内容．
8、某同学为了测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验，用一面积为0.1m2的面盆盛6千克的水，经太阳垂直照15分钟温度升高5℃，若地表植物吸收太阳能的能力与水相当，请计算：
1、每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为多少焦？
2、若绿色植物在光合作用下每吸收1千焦的太阳能，可放出50毫升的氧气，则每公顷绿地每秒钟可放出多少升氧气？（1公顷=104平方米）
考点：太阳能的其他相关计算；热量的计算；太阳能的利用。21世纪教育网版权所有
专题：计算题；应用题。
分析：（1）知道水的质量、水的比热容、水温度的升高值，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量；
知道这些热量是在0.1m2的水面，经太阳垂直照射15min吸收的，求出每平方米的水每秒接收的太阳能，即每平方米绿色植物每秒接收的太阳能；
（2）求出104m2绿地每秒吸收太阳能，再根据每吸收103J的太阳能可以放出0.05L的氧气计算104m2绿地每秒可以放出氧气的体积．
解答：解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg?℃）×6kg×5℃=1.26×105J；
设每平方米绿色植物每秒吸收的太阳能为Q1，21世纪教育网版权所有
Q1===1400J；
（2）1公顷绿地每秒吸收太阳能为：
Q总=104Q1=104×1400J=1.4×107J，
1公顷绿地每秒钟放出的氧气体积为：
v=0.05L×=0.05L×=700L．
答：（1）每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为1.26×105J．
（2）每公顷绿地每秒钟可放出700升氧气．
点评：本题是一道综合应用题，与实际生活相联系，使学生觉得学了物理有用！计算时注意用好题目所给条件．
9、某科研所最新研制出一辆太阳能汽车，车上电池的太阳能接收板的面积是8㎡，它正对太阳时电池能产生120V的电压，并对车上电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻是4Ω，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射率为1.0×103W/m2，请计算：
（1）该车的太阳能电池的效率为多大？电动机能把电能转化为机械能的效率为多大？
（2）若太阳辐射的总功率为3.14×1026W，且太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的途中有20%的能量损耗，请根据这些资料计算出地球离太阳的距离．
（提示：若地球离太阳的距离为L，则以太阳为球心，以L为半径的热辐射球面积为4πL2）
P电池=1.0×103W/m2×8m2=8000W，
电动机工作时的功率：
P电动机=UI=120V×10A=1200W，
该车的太阳能电池的效率：
η电池===15%；
电动机工作时的散热功率：
P散热=I2R=（10A）2×4Ω=400W，21世纪教育网版权所有
转化为机械能的功率：
P机械能=P电动车﹣P散热=1200W﹣400W=800W，
电动机能把电能转化为机械能的效率：
η′==≈66.7%；
（2）到达地面时的辐射功率，
P=P总×80%=3.14×1026W×80%，
单位面积上的辐射功率：
=1.0×103W/m2，21世纪教育网版权所有
解得：
L=1.414×1011m．
答：（1）该车的太阳能电池的效率为15%；电动机能把电能转化为机械能的效率为66.7%；
（2）地球离太阳的距离为1.414×1011m．
点评：本题考查了学生对效率公式（有用功率和总功率的比值）的掌握和运用，利用所学知识解决实际问题要求灵活选用公式．
太阳能的相关计算
一、填空题（共1小题）
1、某研究性学习小组的同学为了测定草地在夏天中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能的集热装置，实验器材有：
（1）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2（2）盛水塑料袋一个；
（3）玻璃板一块（约1m2）；
（4）秒表一只（未画出）；
（5）台秤一个（未画出）．
如图所示．设图中下部为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面．如果已知水的比热容为c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△t的关系是Q=cm△t，则为了测定草地在中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m，△t外，还应测量的物理量是 _________ ，缺少的实验仪器是 _________ ，把泡沫塑料箱内涂黑的主要目的是 _________ ，本实验会有一定的误差，试写出误差产生的主要原因是： _________ ．
二、解答题（共8小题）
2、目前，许多城市的十字路口都安装了太阳能红绿灯．白天太阳能电池板给红绿灯供电，同时多余的电能又给蓄电池充电．在阴雨天和晚上蓄电池又给红绿灯供电，使红绿灯能连续工作．其主要参数见下表
光电转换效率η
有效受光面积S
灯泡额定电压U
40%
0.5m2
24V
（1）若每天有效受光时间为6h，每平方米的面积上太阳辐射的功率为103W，求这种太阳能电池板每天获得的电能．
（2）若太阳能红绿灯由红、黄、绿三灯组成．每天获得的电能，可使它连续正常工作40h，求：太阳能红绿灯正常工作时的功率和电阻．21cnjy
3、我们生活的鸡西市，到了冬季，因日照时间短，太阳能热水器的水达不到所需温度．为此人们研制了太阳能、电能两用热水器．大鹏家最近就安装一台这样的两用热水器，如图所示．铭牌如下：
XX牌热水器
型号V﹣55
额定容积 100L
额定电压220V
额定频率50Hz
额定功率1500W
防水等级△
（1）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时需要吸收多少热量？（1L=10﹣3m3）
（2）大鹏将水箱装满水，只使用电加热器将水从20℃加热到50℃时，需加热器正常工作多长时问？（设电能全部转化为热能）
（3）在上述（2）情况下．加热器正常工作实际用了3h．则此热水器的效率为多少？
（4）仅就太阳能热水器与电热水器相比有哪些优点？（写一条即可）
4、太阳每秒钟向地球辐射的总能量，据《科学．美国人》杂志1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如此5项数据（详见表格），其中前2项没有被地球利用，请选用表格中数据计算：
（1）地球对太阳辐射能的利用率约为 _________ %
（2）因光合作用，每分钟有 _________ 千焦的太阳辐射能转化为化学能．
5、某太阳能汽车是用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能提供给电动机来驱动的．已知车上太阳能电池接收太阳光能的面板面积为8m2，正对太阳时能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，而太阳光照射到面板时每平方米的辐射功率为1000W．设太阳照射到面板的能量全部被吸收．求：
应用举例
物理原理或说明问题
如
脚蹬半径大于传动齿轮半径
相当于省力杠杆的轮轴
（1）
车座做成马鞍形
①
（2）
②
减少转动轴的摩擦和能耗
（3）
紧握刹车制，可把车停下
③
（4）
稍稍用力转动车把，车的运动方向就改变
④
（1）车上太阳能电池面板正对太阳10min接收到的能量；
（2）若通电10min，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功．
（3）太阳能汽车环保节能，但目前却无法广泛使用，你认为主要原因是什么？（举出一个）
6、用“长征三号”发射的某航天器，它的一部分光电池板面积S=8m2，正对太阳能产生U=120V的电压，为工作舱提供I=10A的电流．若太阳光照射处每1m2面积上获得的太阳辐射功率为P0=1.0×103W，试估算该光电池的光电转换效率η=？
7、太阳能电池是人类利用太阳能的智慧结晶，某研究所为了研究需要而设计制造了一块电池板，相关数据如下表：
通过查阅相关资料知：太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为P1（w/m2）．则21cnjy
（1）太阳能电池板的作用是把 _________ 能转化为 _________ 能；21cnjy
（2）该太阳能电池板的效率为 _________ ；
（3）设太阳辐射的总功率为P0（w），若不计太阳光通过太空及大气层的能量损失，已知半径为r的球面面积为4πr2，则太阳到地球的距离r= _________ ．
8、某同学为了测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验，用一面积为0.1m2的面盆盛6千克的水，经太阳垂直照15分钟温度升高5℃，若地表植物吸收太阳能的能力与水相当，请计算：
1、每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为多少焦？
2、若绿色植物在光合作用下每吸收1千焦的太阳能，可放出50毫升的氧气，则每公顷绿地每秒钟可放出多少升氧气？（1公顷=104平方米）
9、某科研所最新研制出一辆太阳能汽车，车上电池的太阳能接收板的面积是8㎡，它正对太阳时电池能产生120V的电压，并对车上电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻是4Ω，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射率为1.0×103W/m2，请计算：
（1）该车的太阳能电池的效率为多大？电动机能把电能转化为机械能的效率为多大？
（2）若太阳辐射的总功率为3.14×1026W，且太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的途中有20%的能量损耗，请根据这些资料计算出地球离太阳的距离．
（提示：若地球离太阳的距离为L，则以太阳为球心，以L为半径的热辐射球面积为4πL2）
答案与评分标准
一、填空题（共1小题）
1、某研究性学习小组的同学为了测定草地在夏天中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能的集热装置，实验器材有：
（1）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2（2）盛水塑料袋一个；
（3）玻璃板一块（约1m2）；
（4）秒表一只（未画出）；
（5）台秤一个（未画出）．
如图所示．设图中下部为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面．如果已知水的比热容为c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△t的关系是Q=cm△t，则为了测定草地在中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m，△t外，还应测量的物理量是 时间 ，缺少的实验仪器是 温度计 ，把泡沫塑料箱内涂黑的主要目的是 增强吸热效果 ，本实验会有一定的误差，试写出误差产生的主要原因是： 太阳能没有全部转化为水的内能 ．
考点：太阳能的其他相关计算。
专题：简答题；压轴题。
分析：根据需要测量的物理量的要求“单位面积上、单位时间”，还需要测量时间，同时需要测量温度的工具．需要从光的色散的角度来分析颜色的原因，同时考虑影响实验结果的因素．
解答：解：题目中需要测量“单位面积上、单位时间”，所以需要测量时间，工具是秒表；同时需要测量温度，工具是温度计．
太阳光是由七种颜色的光组成，黑色物体吸收所有颜色的光，所以涂成黑色．
本实验中，水吸热后，温度升高，与低温空气之间会存在一定的热传递现象，造成实验的误差．
故答案为：时间，温度计，增强吸热效果，太阳能没有全部转化为水的内能．
点评：本题考点较多，不仅考查学生对能量转化的理解，同时还包括色散现象．21世纪教育网
二、解答题（共8小题）
2、目前，许多城市的十字路口都安装了太阳能红绿灯．白天太阳能电池板给红绿灯供电，同时多余的电能又给蓄电池充电．在阴雨天和晚上蓄电池又给红绿灯供电，使红绿灯能连续工作．其主要参数见下表
光电转换效率η
有效受光面积S
灯泡额定电压U
40%
0.5m2
24V
（1）若每天有效受光时间为6h，每平方米的面积上太阳辐射的功率为103W，求这种太阳能电池板每天获得的电能．
（2）若太阳能红绿灯由红、黄、绿三灯组成．每天获得的电能，可使它连续正常工作40h，求：太阳能红绿灯正常工作时的功率和电阻．
考点：太阳能的其他相关计算；电功率的计算。
专题：应用题。
分析：太阳能电池板获取的太阳能是总功，转化为的电能是有用功．
根据电功的公式W=Pt和电功率的变形公式进行计算，注意单位要统一换算成国际单位制单位．
解答：解：103W=1kw，
（1）太阳能电池板每天获得的能量W总=Pt=1kw×6h×0.5=3kwh
根据机械效率公式，W有=W总×η=3kwh×40%=1.2kwh
（2）P===0.03kw=30W
电阻R===19.2Ω．
故答案为：
（1）1.2KWh
（2）30W，19.2Ω．
点评：本题考查学生对电功、电功率和电阻计算公式的应用熟练程度，以及对太阳能电池板中能量转化本质的分析能力．
3、我们生活的鸡西市，到了冬季，因日照时间短，太阳能热水器的水达不到所需温度．为此人们研制了太阳能、电能两用热水器．大鹏家最近就安装一台这样的两用热水器，如图所示．铭牌如下：
XX牌热水器
型号V﹣55
额定容积 100L
额定电压220V
额定频率50Hz
额定功率1500W
防水等级△
（1）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时需要吸收多少热量？（1L=10﹣3m3）
（2）大鹏将水箱装满水，只使用电加热器将水从20℃加热到50℃时，需加热器正常工作多长时问？（设电能全部转化为热能）
（3）在上述（2）情况下．加热器正常工作实际用了3h．则此热水器的效率为多少？
（4）仅就太阳能热水器与电热水器相比有哪些优点？（写一条即可）21世纪教育网
考点：太阳能的其他相关计算；密度的计算；能量利用效率；电功率的计算。
专题：计算题；简答题；信息给予题。
分析：（1）从铭牌知道水的体积，利用密度公式求水的质量，又知道水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量；
（2）求出了水吸收的热量，由题知电能全部转化为热能，即Q吸=W电，从铭牌中知道热水器的额定功率，因为热水器正常工作，加热功率P=P额，再利用P=求加热时间；
（3）水吸收的热量为有用能量，加热器正常工作3h消耗的电能为总能量，利用效率公式求热水器的效率；
（4）太阳能热水器用的是太阳能，电热水器消耗的是电能，从节约能源方面分析．
解答：解：（1）水的体积：
v=100L=100×10﹣3m3，
水的质量：
m=ρv=1×103kg/m3×100×10﹣3m3=100kg，
水吸收的热量：
Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×（50℃﹣20℃）
=1.26×107J；
（2）若电能全部转化为热能，即Q吸=W电，
∵热水器正常工作，
∴P=P额=1500W，21世纪教育网
∵P=，
∴加热时间：
t===8400s=140min；
（3）∵W总=Pt′=1500W×3×3600s=1.62×107J；
∴热水器的效率：
η==≈77.8%；21世纪教育网
（3）电热水器消耗电能转化为内能，被水吸收，使水的温度升高；太阳能热水器是将太阳能（属于可再生能源，取之不尽）转化为内能，相比之下节约了能源（电能）．
答：（1）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时需要吸收1.26×107J；
（2）需加热器正常工作140min；
（3）此热水器的效率约为77.8%；
（4）节约能源．
点评：本题考查了学生对密度公式、吸热公式、效率公式、电功率公式的掌握和运用，计算时注意单位统一，虽然100L水和100kg水的量相等，但不能写成100L=100kg！
4、太阳每秒钟向地球辐射的总能量，据《科学．美国人》杂志1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如此5项数据（详见表格），其中前2项没有被地球利用，请选用表格中数据计算：
（1）地球对太阳辐射能的利用率约为 23.3 %
（2）因光合作用，每分钟有 2.4×1012 千焦的太阳辐射能转化为化学能．21世纪教育网
地球对太阳辐射能的利用率η=×100%=×100%=23.3%
（2）1min=60s
太阳辐射能转化为化学能W=40×109KJ×60s=2400×109KJ=2.4×1012KJ
故答案为：
（1）23.3%
（2）2.4×1012
点评：本题考查学生对总功、有用功和额外功的分析判断能力和计算能力．
5、某太阳能汽车是用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能提供给电动机来驱动的．已知车上太阳能电池接收太阳光能的面板面积为8m2，正对太阳时能产生120V的电压，并对车上的电动机提供10A的电流，而太阳光照射到面板时每平方米的辐射功率为1000W．设太阳照射到面板的能量全部被吸收．求：
应用举例
物理原理或说明问题
如
脚蹬半径大于传动齿轮半径
相当于省力杠杆的轮轴
（1）
车座做成马鞍形
①
（2）
②
减少转动轴的摩擦和能耗
（3）
紧握刹车制，可把车停下
③
（4）
稍稍用力转动车把，车的运动方向就改变
④
（1）车上太阳能电池面板正对太阳10min接收到的能量；
（2）若通电10min，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功．
（3）太阳能汽车环保节能，但目前却无法广泛使用，你认为主要原因是什么？（举出一个）
考点：太阳能的其他相关计算；电功的计算；太阳能的利用。
专题：计算题；应用题。
分析：（1）知道太阳光照射到面板时每平方米的辐射功率，以及接收太阳光能面板的面积和光照时间，从而可以计算出太阳能电池面板接收到的能量．
（2）已知正对太阳时能产生的电压和对车上的电动机提供的电流以及通电时间，根据公式W=UIt可求，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功．
（3）阳能既无污染、又取之不尽，但还没有被大量使用，主要受天气影响，据此分析．
解答：解：
（1）从题可知，t=10min=600s，
则接收的能量为：E=1000W/m2×8m2×600s=4.8×106J．
（2）∵U=120V，I=10A，t=10min=600s，
∴电流通过电动机所做的功为：
W=UIt=120V×10A×600s=7.2×105J．21世纪教育网
（3）太阳能还没有被大量使用的原因是受天气影响，天时晴时阴，使得太阳能有强度弱、不稳定、不连续等缺点．
答：（1）车上太阳能电池面板正对太阳10min接收到的能量为4.8×106J．
（2）若通电10min，太阳能电池产生的电流通过电动机所做的电功为7.2×105J．
（3）主要原因是受天气影响，天时晴时阴，使得太阳能有强度弱、不稳定、不连续等缺点．
点评：本题考查了能量和电流做功的计算，关键是公式及其公式变形的灵活运用，解题过程中要注意单位的换算，以及太阳能优缺点的了解与掌握．
6、用“长征三号”发射的某航天器，它的一部分光电池板面积S=8m2，正对太阳能产生U=120V的电压，为工作舱提供I=10A的电流．若太阳光照射处每1m2面积上获得的太阳辐射功率为P0=1.0×103W，试估算该光电池的光电转换效率η=？
考点：太阳能的其他相关计算。
专题：应用题。
分析：光电池板获取的太阳能是总功，为工作舱提供的电能是有用功．根据机械效率的公式进行计算．
解答：解：光电池板获取的太阳能=1.0×103W×8m2=8×103W
为工作舱提高的电能有用功率P=UI=120V×10A=1200W
机械效率的公式η===15%
答：该光电池的光电转换效率η=15%．
点评：本题考查学生对机械效率计算公式和对题目条件分析能力．
7、太阳能电池是人类利用太阳能的智慧结晶，某研究所为了研究需要而设计制造了一块电池板，相关数据如下表：
通过查阅相关资料知：太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为P1（w/m2）．则
（1）太阳能电池板的作用是把 太阳 能转化为 电 能；
（2）该太阳能电池板的效率为 ；
（3）设太阳辐射的总功率为P0（w），若不计太阳光通过太空及大气层的能量损失，已知半径为r的球面面积为4πr2，则太阳到地球的距离r= ．
（3）根据太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率的概念，结合地球面积S=4πr2，则r=
又因为S=，所以r=
故答案为：
（1）太阳，电
（2）
（3）
点评：本题考查学生对机械效率公式的应用，同时需要了解能量转化的内容．
8、某同学为了测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验，用一面积为0.1m2的面盆盛6千克的水，经太阳垂直照15分钟温度升高5℃，若地表植物吸收太阳能的能力与水相当，请计算：
1、每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为多少焦？
2、若绿色植物在光合作用下每吸收1千焦的太阳能，可放出50毫升的氧气，则每公顷绿地每秒钟可放出多少升氧气？（1公顷=104平方米）
考点：太阳能的其他相关计算；热量的计算；太阳能的利用。21世纪教育网版权所有
专题：计算题；应用题。
分析：（1）知道水的质量、水的比热容、水温度的升高值，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量；
知道这些热量是在0.1m2的水面，经太阳垂直照射15min吸收的，求出每平方米的水每秒接收的太阳能，即每平方米绿色植物每秒接收的太阳能；
（2）求出104m2绿地每秒吸收太阳能，再根据每吸收103J的太阳能可以放出0.05L的氧气计算104m2绿地每秒可以放出氧气的体积．
解答：解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg?℃）×6kg×5℃=1.26×105J；
设每平方米绿色植物每秒吸收的太阳能为Q1，21世纪教育网版权所有
Q1===1400J；
（2）1公顷绿地每秒吸收太阳能为：
Q总=104Q1=104×1400J=1.4×107J，
1公顷绿地每秒钟放出的氧气体积为：
v=0.05L×=0.05L×=700L．
答：（1）每平方米绿色植物每秒钟接收的太阳能为1.26×105J．
（2）每公顷绿地每秒钟可放出700升氧气．
点评：本题是一道综合应用题，与实际生活相联系，使学生觉得学了物理有用！计算时注意用好题目所给条件．
9、某科研所最新研制出一辆太阳能汽车，车上电池的太阳能接收板的面积是8㎡，它正对太阳时电池能产生120V的电压，并对车上电动机提供10A的电流，电动机的直流电阻是4Ω，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射率为1.0×103W/m2，请计算：
（1）该车的太阳能电池的效率为多大？电动机能把电能转化为机械能的效率为多大？
（2）若太阳辐射的总功率为3.14×1026W，且太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的途中有20%的能量损耗，请根据这些资料计算出地球离太阳的距离．
（提示：若地球离太阳的距离为L，则以太阳为球心，以L为半径的热辐射球面积为4πL2）
P电池=1.0×103W/m2×8m2=8000W，
电动机工作时的功率：
P电动机=UI=120V×10A=1200W，
该车的太阳能电池的效率：
η电池===15%；
电动机工作时的散热功率：
P散热=I2R=（10A）2×4Ω=400W，21世纪教育网版权所有
转化为机械能的功率：
P机械能=P电动车﹣P散热=1200W﹣400W=800W，
电动机能把电能转化为机械能的效率：
η′==≈66.7%；
（2）到达地面时的辐射功率，
P=P总×80%=3.14×1026W×80%，
单位面积上的辐射功率：
=1.0×103W/m2，21世纪教育网版权所有
解得：
L=1.414×1011m．
答：（1）该车的太阳能电池的效率为15%；电动机能把电能转化为机械能的效率为66.7%；
（2）地球离太阳的距离为1.414×1011m．
点评：本题考查了学生对效率公式（有用功率和总功率的比值）的掌握和运用，利用所学知识解决实际问题要求灵活选用公式．
