(1)该路灯正常发光时的电流是多少?
(2)若遇到阴天且无风时,仅靠蓄电池供电,可供该灯正常发光多长时间?(提示:电流定义式I=
,其中Q为电荷量,t为时间)
(3)当风速为8m/s时,风力发电机的输出功率为90W.在这种风速下,持续光照 10h,蓄电池的电量将由20%充到70%.求此过程中太阳能电池板接收太阳辐射的平均功率.
【分析】(1)由P=UI计算路灯正常发光时的电流;
(2)由题意计算蓄电池供电容量,已知蓄电池的容量和灯泡的功率,利用P=
计算时间; (3)计算出10小时充电的量和风力发电量,由此计算接受太阳能的能量,由P=
计算接收太阳辐射的平均功率.
【解答】解:
(1)由表格数据知,大功率LED路灯的额定功率100W,额定电压12V,
由P=UI可得,路灯正常发光时的电流:
I=
=
≈8.3A;
(2)由题知,充电至90%左右即停止充电,放电余留20%左右即停止电路输出,
蓄电池的供电容量:
W=12V×400A•h×(90%﹣20%)=12V×400A×3600s×(90%﹣20%)=1.2096×107J,
由P=
得可供灯具正常发光时间: t灯=
=
=120960s=33.6h;
(3)由W=UIt可得,蓄电池的电量由20%充到70%的充电量:
W′=12V×400A•h×(70%﹣20%)=12V×400A×3600s×(70%﹣20%)=8.64×106J,
由P=
得,风力发电机发电量为:
W发电机=P发电机t=90W×10×3600s=3.24×106J;
太阳能电池板发电量:
W太=W′﹣W电机=8.64×106J﹣3.24×106J=5.4×106J;
由表格知,太阳能转换效率15%,则持续光照10h,则有:15%W太阳能=W太,
即接受太阳能:W太阳能=
,
太阳能电池板接收太阳辐射的平均功率:
P′=
=
=
=1000W.
答:(1)该路灯正常发光时的电流是8.3A;
(2)若遇到阴天且无风时,仅靠蓄电池供电,可供该灯正常发光33.6h;
(3)太阳能电池板接收太阳辐射的平均功率1000W.
【点评】本题体现了物理与生活的紧密相连,有一定难度,要能从表格中获取有用的信息,会计算电池容量,所以解题关键是读懂题目中所给出的条件.
13.(2016•青岛模拟)如图,R1=20Ω,已知R2>RL.
求:(1)S1、S2、S3闭合时,R1的功率为1.8W,电流表的示数变为1.05A,求灯泡的电阻(请写出思路)
(2)只闭合S3,当滑动变阻器滑片滑至中点与滑至阻值最大处时,电流表变化了0.125A,求,此状态下灯泡功率的变化范围.
【分析】(1)S1、S2、S3闭合时,R1与L并联,电流表测干路电流,根据并联电路的电压特点和P=
求出电源的电压,根据欧姆定律求出通过R1的电流,根据并联电路的电流特点求出通过L的电流,再根据欧姆定律求出灯泡的电阻;
(2)只闭合S3时,灯泡L与R3串联,电流表测电路中的电流,根据电阻的串联和欧姆定律表示出滑片滑至中点和滑至阻值最大处时电路中的电流,利用电流表示数的变化得出等式即可求出R2电阻的可能值,根据R2>RL确定R2的阻值;当滑动变阻器滑片滑至中点,灯泡的电功率最大,根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流,根据P=I2R求出灯泡的最大功率;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,灯泡的电功率最小,根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的最小电流,利用P=I2R求出灯泡的最小功率,然后得出答案.
【解答】解:(1)S1、S2、S3闭合时,R1与L并联,电流表测干路电流,
思路:利用并联电路的电压特点和P=
表示出R1的电功率即可求出电源的电压,根据欧姆定律求出通过R1的电流,利用并联电路的电流特点求出通过L的电流,再根据欧姆定律求出灯泡的电阻.
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,由P=
可得,电源的电压: U=U1=
=
=6V,
通过R1的电流:
I1=
=
=0.3A,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,通过L的电流:
IL=I﹣I1=1.05A﹣0.3A=0.75A,
灯泡的电阻:
RL=
=
=8Ω;
(2)只闭合S3时,灯泡L与R3串联,电流表测电路中的电流,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,滑片滑至中点和滑至阻值最大处时电路中的电流:
I′=
=
,I″=
=
,则I′﹣I″=
﹣
=0.125A,
整理可得:R22﹣24Ω×R2+128Ω2=0,
解得:R2=16Ω或R2=8Ω,
因R2>RL,
所以,R2=16Ω,
当滑动变阻器滑片滑至中点时,灯泡的功率最大,
此时电路中的电流:
I′=
=
=
A,
灯泡的最大功率:
PL大=(I′)2RL=(
A)2×8Ω=1.125W,
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电路中的电流,灯泡的电功率最小,
I″=
=
=0.25A,
灯泡的最小功率:
PL′=(I″)2RL=(0.25A)2×8Ω=0.5W,
此状态下灯泡功率的变化范围为0.5W~1.125W.