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1、备战2021年中考物理电学典型专题各个击破专题17 光、电转化问题相关计算*1共享自行车已在我国很多城市兴起，大大方便了市民的出行。（1）使用共享自行车时可以用手机扫描车上的二维码解锁。手机摄像头相当于一个 镜。要使屏幕上二维码的像变大，只需将手机摄像头 （选填“靠近”或“远离”）二维码。（2）共享自行车的车筐底部覆盖一层太阳发电板，它吸收太阳光给里面的蓄电池充电，从而不间断地为GPS和通信模块供电。小王通过查阅资料得到以下信息：太阳能电池板接收太阳能的有效面积为400厘米2，光电转化效率为100%；夏季晴天，太阳光照射到地面1米2面积上的辐射功率为1000瓦；夏季晴天光照2小时，该太阳能电池
2、可获得的电能为 焦。【解析】（1）手机摄像头相当于一个凸透镜；扫描二维码和照相机的原理相同，即u2f，成倒立、缩小的实像，所以二维码放在摄像头二倍焦距以外的地方；要使屏幕上二维码的像变大，由凸透镜成实像的规律可知，应使像距变大，物距变小，所以手机要靠近二维码；（2）太阳光照射到地面1米2面积上的辐射功率为1000瓦，则有效面积为400厘米2的面积上每秒的辐射功率为：P1000W/m2400104m240W；光电转化效率为100%，则夏季晴天光照2小时获得的光能即电能为：WPt40W23600s2.88105J。故答案为：（1）凸透；靠近；（2）2.88105。2阅读下列材料，回答问题：为了满足
3、人们对能源不断增长的需要，科学家们设想在空间建立太阳能电站来利用太阳能、这种空间太阳能电站建在地球同步轨道上，其工作过程如图所示、在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过它把太阳能转化成电能，再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站、已知太阳能收集板长10km、宽5km，太阳光在它的表面处每平方米的功率为1.4103W，太阳能电池的光电转化效率为10%，微波的频率为2.5109Hz，空间太阳能电站向地面的输电效率可达80%，（1）太阳发出的具大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的 （选填“核聚变”或“核裂变”）。（2）太阳能电站相对于地面接收站是 （选填“运动”或“静止”）的，空间太阳能电站工作
4、时，地面接收站的接收功率是 W。【解析】（1）太阳能内部是由于较轻的氢原子核在高温下发生聚变而释放出核能。（2）太阳能电站建在地球同步轨道上，太阳能电站的转动和地球的转动是同步的，地球怎么转电站也怎么转，所以它相对地球的位置没有发生变化，处于相对静止；太阳能电池板面积S5103m104m5107m2，太阳能电站的发电能力EP0S1.4103W/m25107m210%7109W，地面接收站接收到的电能是WE7109W80%5.6109W。故答案为：（1）核聚变；（2）静止；5.6109。3阅读短文，回答问题：硅光电池硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，在日常生活中应用广泛。硅光电池结
5、构如图甲所示，当光照射在硅光电池的PN结区时，光生电子在N区集结使N区带负电，光生电子在P区集结使P区带正电，P区和N区之间产生电压差。当硅光电池对用电器供电时，电流从P区经用电器流至N区，电流通过用电器做功。硅光电池转换效率高，光电转化效率等于硅光电池输出的功率P0与太阳光照射到硅光电池板的辐射功率Pi的比，即：P0/Pi。某兴趣小组从一废旧电子计算器上拆下硅光电池板，利用图乙所示的电路探究硅光电池的两端电压U与电流I的关系。实验数据如表。电压U/V2.52.42.32.22.01.81.40.80电流I/A050100150200210220230240（1）当光照射在硅光电池的PN结区时
6、，正负电荷在不同区域集结要消耗 能；（2）下列有关硅光电池说法正确的是 ；A硅光电池利用的硅是导体材料 B图甲中引线A是电池的正极C硅光电池是将光能转化为化学能的器件D当硅光电池对用电器供电时，电流从N区经用电器流至P区（3）根据表中数据，在丙中画出该硅光电池的UI图象；（4）在兴趣小组探究活动中，若入射到硅光电池上的光功率为Pi0.002W，当电压表的示数为2V，此时该硅光电池光电转化效率为 %。（5）变阻器的功率P和变阻器两端的电压U变化关系可能为 。【解析】（1）硅光电池把光能转换成电能，当光照射在硅光电池的PN结区时，正负电荷在不同区域集结要消耗光能；（2）A硅光电池是一种直接把光能转
7、换成电能的半导体器件，硅光电池利用的硅是半导体材料，故A错误；B当光照射在硅光电池的PN结区时，光生电子在N区集结使N区带负电，光生电子在P区集结使P区带正电，则P区为正极，N区为负极；即图甲中引线A是电池的正极，故B正确；C硅光电池把光能转换成电能，故C错误；D当硅光电池对用电器供电时，电流从正极流向负极，即从P区经用电器流至N区，故D错误；（3）根据表格中的数据，描点连线得：（4）当电压表的示数为2V，电流为I0.0002A，则功率为：P0UI2V0.0002A0.0004W；硅光电池光电转化效率为：20%；（5）变阻器的功率P等于右边的图的U和I的乘积，由图象可知：当电压从0开始增加时，
8、电流刚开始减小的比较慢，到某个值后，随着电压的增大，突然很快的减小到零，则功率P先增大的比较慢，然后突然快速减小到零，所以C答案正确。故答案为：（1）光；（2）B；（3）如图；（4）20；（5）C。4城区某街道两旁安装了风光互补路灯，如图所示。该路灯系统同时安装了太阳能电池板和风力发电机，有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，并将电能储存至蓄电池中，为了节能该路灯采用LED灯照明。下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数，其中光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率，蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放电总时间的乘积，最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的
9、输出功率。太阳能电池板风力发电机蓄电池LED灯电池板的总面积0.8m2最大限制风速12m/s电池容量250Ah额定电压24V光电转化效率15%最大输出功率150W额定电压12V额定功率100W（1）蓄电池充足一次电可储存的能量是多少J？（2）在有风晴天，光照5h，风吹10h，太阳能电池板和风力发电机发电总和是多少？设太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1200W/m2，风速达到最大限制风速。（3）街道两旁安装了100盏该型号风光互补路灯，每天正常工作10h，一个月消耗的电能相当于完全燃烧煤炭多少kg？（煤炭热值q煤3107J/kg，一个月按30天算）【解析】（1）蓄电池储存的电能：WUQU
10、It12V250A3600s1.08107J；（2）太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1200W/m2，太阳能电池板转化成电能的功率为：P11200W/m20.8m215%144W；光照5h转化的电能为：W1P1t10.144kW5h0.72kWh；风力发电机最大输出功率为150W，风吹10h，获得的电能：W2P2t20.15kW10h1.5kWh；太阳能电池板和风力发电机发电总和是：WW1+W20.72kWh+1.5kWh2.22kWh7.992106J；（3）100盏该型号风光互补路灯的总功率：P100100W10000W10kW，一天消耗的电能：WPt10kW10h100kWh10
11、03.6106J3.6108J，一个月用电：W总3.6108J301.081010J，则由Qmq可得，一个月消耗的电能相当于完全燃烧煤炭质量：m360kg。答：（1）蓄电池充足一次电可储存的能量是1.08107J；（2）在有风晴天，光照5h，风吹10h，太阳能电池板和风力发电机发电总和是7.992106J；（3）一个月消耗的电能相当于完全燃烧煤炭360kg。5我国近几年在新能源汽车和大飞机领域取得了骄人的成绩，这些先进的交通工具中蕴藏着丰富的物理知识，请同学们用所学知识完成下列问题：（1）一辆太阳能汽车的功率为12kW，平均每天要行驶5h，若这些电能全部由车顶的太阳能电池板来提供，已知该太阳能
12、电池板1m2面积上接收到的太阳平均辐射功率为1kW，光电转化效率为20%，每天日照时间按6h计算，求太阳能电池板的最小面积。（2）我国研制的大客机C919于2017年5月5日首飞成功，下表是飞机的部分技术参数。最大起飞质量72t客舱内气压8.0104Pa巡航速度900km/h发动机巡航推力4104N若飞机以巡航速度水平飞行0.5h的过程中，耗油1500kg，发动机的热效率为40%，则此过程中发动机的推进效率为多大？（燃油热值q取4107J/kg，提示：发动机的“热效率”是指燃料完全燃烧所产生的内能转化为机械能的比例；“推进效率”是指推力做的功占发动机输出机械能的比例）【解析】（1）一辆太阳能汽
13、车的功率为12kW，平均每天要行驶5h，则太阳能汽车消耗的电能：W电Pt12kW5h60kWh，由100%可得，接收的太阳能：W太300kWh，接收太阳光的总功率：P太50kW，已知该太阳能电池板1m2面积上接收到的太阳平均辐射功率为1kW，则太阳能电池板的最小面积：S50m2。（2）燃油完全燃烧放出的热量：Q放mq1500kg4107J/kg61010J，由100%得，发动机输出的机械功：W机械1Q放40%61010J2.41010J，由v得，飞机通过的路程：svt900km/h0.5h450km4.5105m，则发动机的推力做功：W推力Fs4104N4.5105m m1.81010J，则此
14、过程中发动机的推进效率：2100%100%75%。答：（1）太阳能电池板的最小面积为50m2；（2）此过程中发动机的推进效率为75%。6为倡导节能环保，某科研机构设计了新型路灯，工作原理如图。已知，控制电路和工作电路中电源电压分别为6V和220V，路灯L正常工作时电流为1A控制电路中R2为半导体硅制成的光敏电阻，R2阻值随光强（国际单位坎德拉，符号：cd）变化的规律如下表所示，工作电路中开关S2的状态由R2两端的电压决定，光照足够强时，R2两端的电压很小，开关S2与b点接触，处于断开状态，路灯L关闭。光强/cd510202540电阻R2/40201085（1）若路灯L每天正常工作8小时，其消耗的电能是多少kWh？（2）当光强降为20cd时，R2两端的电压刚好升至2V，开关S2与c点接触，电路接通，路灯L正常工作，求工作电路刚好接通时，R1的电功率是多少？（3）保持R1接入阻值不变，当R2两端的电压为1V时，光强是多大？【解析】（1）由题路灯两端电压U220V，正常工作电流1A，
