Question

3．某市高速出口有100盞風光互補路燈成了一道靚麗的風景．如圖一，風光互補路燈系統(tǒng)同時安裝了風力發(fā)電機和太陽能電池板，有風時通過風力發(fā)電機發(fā)電，有陽光時通過太陽能電池板發(fā)電，并將電能儲存至蓄電池中．如圖二是風光互補路燈系統(tǒng)原理框圖．為了節(jié)能該路燈采用LED燈照明．下表為某型號風光互補路燈系統(tǒng)的部分技術參數(shù)，其中光電轉(zhuǎn)化效率是指太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率，蓄電池容量是指蓄電池放電電流與放電總時間的乘積，最大輸出功率是指風速達到最大限制風速時風力發(fā)電機的輸出功率．

太陽能電池板		風力發(fā)電機		蓄電池		LED燈
電池板的總面積	0.5m2	最大限制風速	12.0m/s	電池容量	150Ah	額定電壓	24V
太陽能電池板平均輸出功率	100W	最大輸出功率	400W	額定電壓	12V	額定功率	60W

（1）風力發(fā)電機利用風力發(fā)電時，是將機械能（風能）能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）該型號LED燈正常工作時的電流為2.5A；
（3）每盞風光互補的路燈整機質(zhì)量為35千克，燈桿底部跟地面上底板的總接觸面積約為25厘米²，則每盞風光互補路燈對地面上底板的壓強為1.4×10⁵Pa．
（4）這100盞該型號風光互補路燈，每天正常工作10h，一個月消耗多少電能？如果用火力發(fā)電供電，則一個月需要消耗煤炭是多少kg？（已知火力發(fā)電時，發(fā)1度電需煤0.4kg，一個月以30天計）
（5）“風光互補發(fā)電”裝置的發(fā)電功率為500瓦，裝置由風力發(fā)電機、太陽能電池板、充電器、蓄電池等組成，太陽能電池板、風力發(fā)電機的設計壽命為20年，蓄電池約4年更換一次，項目價格如下表：

項目	風力發(fā)電機	太陽能電池板	充電器	蓄電池	安裝費
價格（約）	5000元	4000元	1000元	2000元	2000元

小敏同學想在自己家的屋頂上安裝這套“風光互補發(fā)電”裝置，若該裝置平均每天正常工作8小時，目前電費價格約為0.54元/千瓦時，請你通過計算幫他決定是否安裝這套裝置．

Answer 1

分析 （1）判斷能量轉(zhuǎn)化，要從過程中的初始能量和最終形成的能量，進而判斷出能量的轉(zhuǎn)化過程；
（2）該型號LED燈正常工作時的功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出正常工作時的電流；
（3）路燈整機對地面壓力F=G=mg，由p=$\frac{F}{S}$可計算出風光互補路燈對地面上底板的壓強；
（4）根據(jù)W=Pt求出100盞該型號風光互補路燈，每天正常工作10h，一個月消耗的電能，從而計算出一個月需要消耗煤炭的質(zhì)量；
（5）先計算20年所需的電費，再與風光互補發(fā)電成本相比較，即可得出結論．

解答 解：（1）利用風力發(fā)電時，是將機械能（風能）轉(zhuǎn)化為電能；
（2）該型號LED燈正常工作時的電壓為24V，功率為60W，
根據(jù)P=UI可得，正常工作時的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{60W}{24V}$=2.5A；
（3）放在水平地面的物體對地面的壓力：F=G=mg，
每盞風光互補路燈對地面上底板的壓強：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{35kg×10N/kg}{25×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.4×10⁵Pa；
（4）100盞該型號風光互補路燈的總功率：P=100×60W=6000W=6kW，
一天消耗的電能：W=Pt=6kW×10h=60kW•h，
一個月用電：W_總=60kW•h×30=1800kW•h；
火力發(fā)電時，發(fā)1度電需煤0.4kg，所以一個月需要消耗煤炭的質(zhì)量：
m=0.4kg×1800=720kg；
（5）二十年電費為：20×365×8×0.5kW•h×0.54元/kW•h=15768元；
風光互補發(fā)電成本：5000元+4000元十1000元+2000元×5+2000元=22000元；
因為風光互補發(fā)電成本高于二十年電費，所以不經(jīng)濟，建議不安裝該裝置．
答：（1）機械能（風能）；（2）2.5A；（3）1.4×10⁵Pa；
（4）這100盞該型號風光互補路燈，每天正常工作10h，一個月消耗60kW•h電能，如果用火力發(fā)電供電，則一個月需要消耗煤炭4500kg；
（5）建議不安裝該裝置．

點評 本題為電學、力學綜合題，綜合考查了學生對所學知識的應用能力，要求靈活運用所學知識，還要仔細閱讀題目，要學會從題目所給信息中找到解題有用的信息，屬于難題！