Question

人類對(duì)能源的需求越來越大，世界能源危機(jī)日益突出．如何充分利用和開發(fā)新能源，實(shí)現(xiàn)低碳減排，已成為世界各國共同關(guān)注的問題．目前，我國在開發(fā)、利用太陽能方面發(fā)展最快、最具潛力．

（1）我國太陽能熱水器已走進(jìn)了千家萬戶．太陽能熱水器是采用光轉(zhuǎn)化為熱的方式利用太陽能的．小明家的太陽能熱水器的采光面積是2.1m²．若我市向陽的地方每平方米的面積1h得到的太陽輻射能平均為3×10⁶J，每天接收太陽能的時(shí)間以8h計(jì)算，熱水器能把接收到的太陽能的50%轉(zhuǎn)化成水的內(nèi)能，則正常情況下，該熱水器一天能把150kg、初溫為20℃的水加熱到多少℃？
（2）為了進(jìn)一步利用太陽能，人們正在研發(fā)太陽能電動(dòng)車．圖是人們研制的太陽能電動(dòng)三輪車，車子頂部的太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在太陽能電池中，電池再給三輪車的電動(dòng)機(jī)供電．小明同學(xué)設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的簡(jiǎn)化電路圖，如圖所示，若太陽能電池的電壓保持不變，調(diào)速電阻的最大阻值為50Ω．閉合開關(guān)S，當(dāng)調(diào)速電阻的滑片P滑到最左端時(shí)車速最大，此時(shí)電流表示數(shù)5A，電動(dòng)機(jī)電功率最大為1kW；當(dāng)調(diào)速電阻的滑片P滑到最右端時(shí)車速最小，此時(shí)電流表示數(shù)為1A，求這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電功率是多少？
（3）聯(lián)系生活實(shí)際，結(jié)合“綠色消費(fèi)，你行動(dòng)了嗎？”．談?wù)勀銘?yīng)如何做？

Answer 1

分析：（1）由題干提供條件可以求8h水吸收的熱量，再利用吸熱公式求出水溫度的變化值，進(jìn)一步求出水加熱后的末溫；
（2）當(dāng)滑片P滑到最左端時(shí)，電路為電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單電路，根據(jù)U=

P

I

求出電源的電壓；當(dāng)滑片P滑到最右端時(shí)，電動(dòng)機(jī)與滑動(dòng)變阻器的最大阻值串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，根據(jù)P=UI求出此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電功率；
（3）“綠色消費(fèi)，你行動(dòng)了嗎？”這一主題旨在強(qiáng)調(diào)綠色消費(fèi)，節(jié)約資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，據(jù)此進(jìn)行回答．

解答：解：（1）太陽能熱水器中的水一天吸收的熱量：
Q=3×10⁶J×2.1×8×50%=2.52×10⁷J，
水溫度的變化量：
△t=

Q

cm

=

2.52×107J

4.2×103J/(kg?℃)×150kg

=40℃；
水加熱的末溫：
t=t₀+△t=20℃+40℃=60℃．
（2）由題意可知：當(dāng)滑片P滑到最左端時(shí)，
電動(dòng)機(jī)兩端的電壓等于太陽能電池的電壓，即：U_總=

P

I

=

1000W

5A

=200V，
當(dāng)滑片P滑到最右端時(shí)，
滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U₁=IR=1A×50Ω=50V，
此時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓U=U_總-U₁=200V-50V=150V，
電動(dòng)機(jī)的功率：P_電機(jī)=IU=1A×150V=150W；
（3）為了節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)方面，我們可以節(jié)約用水；節(jié)約用電（如：購買節(jié)能燈、購買符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的家電）；不使用一次性塑料袋；盡量騎自行車、步行、乘公交車出行；盡量購買小排量汽車等等．
答：（1）該熱水器一天能把150kg、初溫為20℃的水加熱到60℃；
（2）這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電功率是150W；
（3）為了節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)方面，我們可以節(jié)約用水；節(jié)約用電（如：購買節(jié)能燈、購買符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的家電）；不使用一次性塑料袋；盡量騎自行車、步行、乘公交車出行；盡量購買小排量汽車等等．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱量的計(jì)算、歐姆定律的應(yīng)用和電功率的計(jì)算，還涉及到了太陽能的優(yōu)點(diǎn)、材料的分類和環(huán)境保護(hù)等，知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，難度較大．