Question

1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车，该车是用太阳能电池把所接收到的太阳光能转化成电能供电动机工作的.假设车上的太阳能电池接收太阳光能的面板面积S=8 m²，正对太阳时能产生U=120 V的电压，并对车上的电动机提供I=10 A的电流，电动机的电阻R=4 Ω，太阳光照射到地面上单位面积上的辐射功率P₀=1.0×10³ W,求：

（1）该车的太阳能电池转化太阳光能为电能的效率η₁是多大？电池把电能转化成机械能的效率η₂是多大？

（2）太阳辐射的能量实际上是核聚变释放的核能，其热核反应方程是，若质量m=1 kg的质子发生此核聚变所释放的核能完全转化为该车行驶的机械能，则能够维持该车行驶的最长时间是多少？（已知m_p=1.672 6×10^-27 kg,m_α=6.642 5×10^-27 kg,m_e=0.000 9×10^-27 kg,质子的摩尔质量M=1.0×10^-27 kg/mol,N_A=6.02×10²³ mol^-1)

Answer 1

解析：（1）太阳能电池转化太阳光能为电能的效率：

电池把电能转化成机械能的效率：

.

（2）4个质子核聚变为1个氦核释放的核能：

ΔE=(4m_p-m_α-2me)c²=4.15×10^-12 J

1 kg质子都参与核聚变所释放的能量：.

（3）设车行驶的最长时间为t，则

E=（UI-I²R）t

.

答案：(1)15%       66.7%

(2)4.12×10³年