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25. 太阳能路灯的灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并给灯杆下方的蓄电池充电，将电能转化为
化学
能储存起来，供路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为 $ 2.7×10^{7} $ J，这与完全燃烧多少千克的煤放出的热量相当？如果这些能量经转化后，可供功率为 $ 35 $ W 的路灯工作 $ 60 $ h，那么该太阳能路灯的能量转化效率是多大？(煤的热值为 $ 3.0×10^{7} $ J/kg)答案
化学
解：根据公式Q = mq(Q 为燃料完全燃烧放出的热量，m 为燃料质量，q 为燃料热值)，已知$Q = 2.7×10^7\ \mathrm {J}$，$q = 3.0×10^7\ \mathrm {J/kg}$。
则$m=\frac Qq$，将数值代入可得$m=\frac {2.7×10^7\ \mathrm {J}}{3.0×10^7\ \mathrm {J/kg}}=0.9\ \mathrm {kg}$。
根据公式W = Pt(P 为功率，t 为时间)，已知$P = 35\ \mathrm {W}$，$t = 60\ \mathrm {h}=60×3600\ \mathrm {s} = 2.16×10^5\ \mathrm {s}$。
则$W = Pt=35\ \mathrm {W}×2.16×10^5\ \mathrm {s} = 7.56×10^6\ \mathrm {J}$。
根据能量转化效率公式$\eta =\frac WQ×100\%(W $为转化后利用的能量，Q 为输入的能量)。
已知$W = 7.56×10^6\ \mathrm {J}$，$Q = 2.7×10^7\ \mathrm {J}$，则$\eta =\frac {7.56×10^6\ \mathrm {J}}{2.7×10^7\ \mathrm {J}}×100\% = 28\%$。
答：煤的质量是$0.9\ \mathrm {kg}$，该太阳能路灯的能量转化效率是28\%。
解：根据公式Q = mq(Q 为燃料完全燃烧放出的热量，m 为燃料质量，q 为燃料热值)，已知$Q = 2.7×10^7\ \mathrm {J}$，$q = 3.0×10^7\ \mathrm {J/kg}$。
则$m=\frac Qq$，将数值代入可得$m=\frac {2.7×10^7\ \mathrm {J}}{3.0×10^7\ \mathrm {J/kg}}=0.9\ \mathrm {kg}$。
根据公式W = Pt(P 为功率，t 为时间)，已知$P = 35\ \mathrm {W}$，$t = 60\ \mathrm {h}=60×3600\ \mathrm {s} = 2.16×10^5\ \mathrm {s}$。
则$W = Pt=35\ \mathrm {W}×2.16×10^5\ \mathrm {s} = 7.56×10^6\ \mathrm {J}$。
根据能量转化效率公式$\eta =\frac WQ×100\%(W $为转化后利用的能量，Q 为输入的能量)。
已知$W = 7.56×10^6\ \mathrm {J}$，$Q = 2.7×10^7\ \mathrm {J}$，则$\eta =\frac {7.56×10^6\ \mathrm {J}}{2.7×10^7\ \mathrm {J}}×100\% = 28\%$。
答：煤的质量是$0.9\ \mathrm {kg}$，该太阳能路灯的能量转化效率是28\%。
解析
【分析】
首先，蓄电池充电时，是将电能转化为化学能储存起来。对于第一问，已知太阳光辐射的能量（相当于煤完全燃烧放出的热量）和煤的热值，根据燃料完全燃烧放热公式Q=mq，变形可求出煤的质量。对于第二问，先根据电功公式W=Pt计算出路灯工作消耗的电能（即有用能量），再利用能量转化效率公式η=（W/Q）×100%，代入有用能量和总能量（太阳光辐射的能量）即可求出转化效率。
【解析】
化学
解：1. 计算与太阳光辐射能量相当的煤的质量
根据燃料完全燃烧放热公式 $ Q = mq $（其中$ Q $为燃料完全燃烧放出的热量，$ m $为燃料质量，$ q $为燃料热值），已知$ Q = 2.7×10^7\ \mathrm{J} $，$ q = 3.0×10^7\ \mathrm{J/kg} $，变形可得：
$ m = \frac{Q}{q} = \frac{2.7×10^7\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}} = 0.9\ \mathrm{kg} $
2. 计算太阳能路灯的能量转化效率
首先将路灯工作时间单位换算为秒：$ t = 60\ \mathrm{h} = 60×3600\ \mathrm{s} = 2.16×10^5\ \mathrm{s} $
根据电功公式 $ W = Pt $（其中$ P $为功率，$ t $为工作时间），已知$ P = 35\ \mathrm{W} $，可得路灯消耗的有用电能：
$ W = Pt = 35\ \mathrm{W}×2.16×10^5\ \mathrm{s} = 7.56×10^6\ \mathrm{J} $
根据能量转化效率公式 $ \eta = \frac{W}{Q}×100\% $（其中$ W $为转化后利用的有用能量，$ Q $为输入的总能量），代入数据得：
$ \eta = \frac{7.56×10^6\ \mathrm{J}}{2.7×10^7\ \mathrm{J}}×100\% = 28\% $
答：与完全燃烧0.9kg的煤放出的热量相当；该太阳能路灯的能量转化效率是28%。
【答案】
化学；与完全燃烧0.9千克的煤放出的热量相当，该太阳能路灯的能量转化效率是28%。
【知识点】
能量转化形式、燃料放热计算、能量转化效率计算
【点评】
本题结合太阳能路灯的实际应用，考查了能量转化形式、燃料完全燃烧放热公式以及能量转化效率的计算，涉及热学和电学的基础公式应用，解题时需注意单位的统一（如时间单位换算为秒），熟练掌握基本公式是解题关键。
【难度系数】
0.6
首先，蓄电池充电时，是将电能转化为化学能储存起来。对于第一问，已知太阳光辐射的能量（相当于煤完全燃烧放出的热量）和煤的热值，根据燃料完全燃烧放热公式Q=mq，变形可求出煤的质量。对于第二问，先根据电功公式W=Pt计算出路灯工作消耗的电能（即有用能量），再利用能量转化效率公式η=（W/Q）×100%，代入有用能量和总能量（太阳光辐射的能量）即可求出转化效率。
【解析】
化学
解：1. 计算与太阳光辐射能量相当的煤的质量
根据燃料完全燃烧放热公式 $ Q = mq $（其中$ Q $为燃料完全燃烧放出的热量，$ m $为燃料质量，$ q $为燃料热值），已知$ Q = 2.7×10^7\ \mathrm{J} $，$ q = 3.0×10^7\ \mathrm{J/kg} $，变形可得：
$ m = \frac{Q}{q} = \frac{2.7×10^7\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}} = 0.9\ \mathrm{kg} $
2. 计算太阳能路灯的能量转化效率
首先将路灯工作时间单位换算为秒：$ t = 60\ \mathrm{h} = 60×3600\ \mathrm{s} = 2.16×10^5\ \mathrm{s} $
根据电功公式 $ W = Pt $（其中$ P $为功率，$ t $为工作时间），已知$ P = 35\ \mathrm{W} $，可得路灯消耗的有用电能：
$ W = Pt = 35\ \mathrm{W}×2.16×10^5\ \mathrm{s} = 7.56×10^6\ \mathrm{J} $
根据能量转化效率公式 $ \eta = \frac{W}{Q}×100\% $（其中$ W $为转化后利用的有用能量，$ Q $为输入的总能量），代入数据得：
$ \eta = \frac{7.56×10^6\ \mathrm{J}}{2.7×10^7\ \mathrm{J}}×100\% = 28\% $
答：与完全燃烧0.9kg的煤放出的热量相当；该太阳能路灯的能量转化效率是28%。
【答案】
化学；与完全燃烧0.9千克的煤放出的热量相当，该太阳能路灯的能量转化效率是28%。
【知识点】
能量转化形式、燃料放热计算、能量转化效率计算
【点评】
本题结合太阳能路灯的实际应用，考查了能量转化形式、燃料完全燃烧放热公式以及能量转化效率的计算，涉及热学和电学的基础公式应用，解题时需注意单位的统一（如时间单位换算为秒），熟练掌握基本公式是解题关键。
【难度系数】
0.6
26. 有一款太阳能热水器，铭牌上的部分参数如下表所示，将它安装在阳光充足的平台上，并装满水。
（1）某地晴天平均 $ 1 $ m² 的面积上每小时接收的太阳能约为 $ 2.8×10^{6} $ J，若该热水器接收太阳能的有效面积为 $ 1.5 $ m²，每天日照时间按 $ 8 $ h 计算，则它一天中接收的太阳能约为多少？若这些太阳能有 $ 60\% $ 被水吸收，则可使水温升高多少？[ $ c_{水}=4.2×10^{3} $ J/(kg·℃)]
（2）若该热水器一天中接收的太阳能由燃烧煤气来获得，则需要完全燃烧多少千克煤气？（煤气的热值 $ q_{煤气}=4.2×10^{7} $ J/kg）
（3）请你：① 从能源和可持续发展的角度，写出提倡开发、利用太阳能的两个主要理由；② 写出当前在利用太阳能方面所面临的某一主要困难（可从自然因素或技术因素等方面思考）。
（1）某地晴天平均 $ 1 $ m² 的面积上每小时接收的太阳能约为 $ 2.8×10^{6} $ J，若该热水器接收太阳能的有效面积为 $ 1.5 $ m²，每天日照时间按 $ 8 $ h 计算，则它一天中接收的太阳能约为多少？若这些太阳能有 $ 60\% $ 被水吸收，则可使水温升高多少？[ $ c_{水}=4.2×10^{3} $ J/(kg·℃)]
（2）若该热水器一天中接收的太阳能由燃烧煤气来获得，则需要完全燃烧多少千克煤气？（煤气的热值 $ q_{煤气}=4.2×10^{7} $ J/kg）
（3）请你：① 从能源和可持续发展的角度，写出提倡开发、利用太阳能的两个主要理由；② 写出当前在利用太阳能方面所面临的某一主要困难（可从自然因素或技术因素等方面思考）。
答案
解：（1）一天接收的太阳能$Q_{\mathrm{总}}=2.8×10^6\ \mathrm{J/(m}^2·\mathrm{h)}×1.5\ \mathrm{m}^2×8\ \mathrm{h}=3.36×10^7\ \mathrm{J}$
水的质量$m_{\mathrm{水}}=\rho V=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×80×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=80\ \mathrm{kg}$
水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{总}}×60\%=3.36×10^7\ \mathrm{J}×0.6=2.016×10^7\ \mathrm{J}$
由$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t$得，$\Delta t=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}}=\frac{2.016×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×80\ \mathrm{kg}}=60\ \mathrm{℃}$
（2）需要煤气的质量$m_{\mathrm{煤气}}=\frac{Q_{\mathrm{总}}}{q_{\mathrm{煤气}}}=\frac{3.36×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/kg}}=0.8\ \mathrm{kg}$
（3）① 利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；
② 受天气影响（或转换效率低，或提供功率小等）
答：（1）一天中接收的太阳能约为$3.36×10^7\ \mathrm{J}$，可使水温升高$60\ \mathrm{℃}$；（2）需要完全燃烧0.8 kg煤气；（3）① 利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；② 受天气影响（或转换效率低，或提供功率小等）
水的质量$m_{\mathrm{水}}=\rho V=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×80×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=80\ \mathrm{kg}$
水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{总}}×60\%=3.36×10^7\ \mathrm{J}×0.6=2.016×10^7\ \mathrm{J}$
由$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t$得，$\Delta t=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}}=\frac{2.016×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×80\ \mathrm{kg}}=60\ \mathrm{℃}$
（2）需要煤气的质量$m_{\mathrm{煤气}}=\frac{Q_{\mathrm{总}}}{q_{\mathrm{煤气}}}=\frac{3.36×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/kg}}=0.8\ \mathrm{kg}$
（3）① 利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；
② 受天气影响（或转换效率低，或提供功率小等）
答：（1）一天中接收的太阳能约为$3.36×10^7\ \mathrm{J}$，可使水温升高$60\ \mathrm{℃}$；（2）需要完全燃烧0.8 kg煤气；（3）① 利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；② 受天气影响（或转换效率低，或提供功率小等）
解析
【分析】
1. 对于第一问，首先根据题目给出的每平方米每小时接收的太阳能、有效面积和日照时间，可直接计算出一天接收的总太阳能；接着根据效率计算出水吸收的热量，再结合水的质量（由密度和体积计算得出），利用吸热公式的变形公式计算水温升高值。
2. 第二问中，煤气燃烧放出的热量等于热水器一天接收的太阳能，利用热值公式的变形公式即可求出需要燃烧的煤气质量。
3. 第三问从能源可持续发展角度，太阳能的优点可从节能、环保等方面思考，利用困难可从受天气影响、转换效率等方面分析。
【解析】
（1）计算一天接收的太阳能：
已知$1\ \mathrm{m}^2$面积每小时接收太阳能$2.8×10^{6}\ \mathrm{J}$，有效面积$1.5\ \mathrm{m}^2$，日照$8\ \mathrm{h}$，则一天接收的太阳能：
$Q_{\mathrm{总}}=2.8×10^6\ \mathrm{J/(m}^2·\mathrm{h)}×1.5\ \mathrm{m}^2×8\ \mathrm{h}=3.36×10^7\ \mathrm{J}$
计算水的质量：
水的体积$V=80\ \mathrm{L}=80×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，由$\rho=\frac{m}{V}$得，
$m_{\mathrm{水}}=\rho V=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×80×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=80\ \mathrm{kg}$
计算水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{总}}×60\%=3.36×10^7\ \mathrm{J}×0.6=2.016×10^7\ \mathrm{J}$
由$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t$得，水温升高值：
$\Delta t=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}}=\frac{2.016×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×80\ \mathrm{kg}}=60\ \mathrm{℃}$
（2）煤气燃烧放出的热量$Q_{\mathrm{放}}=Q_{\mathrm{总}}$，由$Q_{\mathrm{放}}=mq$得，需要燃烧煤气的质量：
$m_{\mathrm{煤气}}=\frac{Q_{\mathrm{总}}}{q_{\mathrm{煤气}}}=\frac{3.36×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/kg}}=0.8\ \mathrm{kg}$
（3）① 提倡开发利用太阳能的理由：利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；
② 利用太阳能面临的困难：受天气影响（或转换效率低、提供功率小等）
【答案】
（1）一天中接收的太阳能约为$3.36×10^7\ \mathrm{J}$，可使水温升高$60\ \mathrm{℃}$；
（2）需要完全燃烧$0.8\ \mathrm{kg}$煤气；
（3）① 利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；② 受天气影响（或转换效率低、提供功率小等）
【知识点】
热量公式应用、热值计算、太阳能利用
【点评】
本题结合实际的太阳能热水器，综合考查了热量计算、热值计算以及太阳能的相关知识，既要求学生熟练掌握相关物理公式的应用，又要求学生了解能源可持续发展的相关知识，注重理论联系实际。
【难度系数】
0.6
1. 对于第一问，首先根据题目给出的每平方米每小时接收的太阳能、有效面积和日照时间，可直接计算出一天接收的总太阳能；接着根据效率计算出水吸收的热量，再结合水的质量（由密度和体积计算得出），利用吸热公式的变形公式计算水温升高值。
2. 第二问中，煤气燃烧放出的热量等于热水器一天接收的太阳能，利用热值公式的变形公式即可求出需要燃烧的煤气质量。
3. 第三问从能源可持续发展角度，太阳能的优点可从节能、环保等方面思考，利用困难可从受天气影响、转换效率等方面分析。
【解析】
（1）计算一天接收的太阳能：
已知$1\ \mathrm{m}^2$面积每小时接收太阳能$2.8×10^{6}\ \mathrm{J}$，有效面积$1.5\ \mathrm{m}^2$，日照$8\ \mathrm{h}$，则一天接收的太阳能：
$Q_{\mathrm{总}}=2.8×10^6\ \mathrm{J/(m}^2·\mathrm{h)}×1.5\ \mathrm{m}^2×8\ \mathrm{h}=3.36×10^7\ \mathrm{J}$
计算水的质量：
水的体积$V=80\ \mathrm{L}=80×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，由$\rho=\frac{m}{V}$得，
$m_{\mathrm{水}}=\rho V=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×80×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=80\ \mathrm{kg}$
计算水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}}=Q_{\mathrm{总}}×60\%=3.36×10^7\ \mathrm{J}×0.6=2.016×10^7\ \mathrm{J}$
由$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t$得，水温升高值：
$\Delta t=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}}=\frac{2.016×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×80\ \mathrm{kg}}=60\ \mathrm{℃}$
（2）煤气燃烧放出的热量$Q_{\mathrm{放}}=Q_{\mathrm{总}}$，由$Q_{\mathrm{放}}=mq$得，需要燃烧煤气的质量：
$m_{\mathrm{煤气}}=\frac{Q_{\mathrm{总}}}{q_{\mathrm{煤气}}}=\frac{3.36×10^7\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/kg}}=0.8\ \mathrm{kg}$
（3）① 提倡开发利用太阳能的理由：利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；
② 利用太阳能面临的困难：受天气影响（或转换效率低、提供功率小等）
【答案】
（1）一天中接收的太阳能约为$3.36×10^7\ \mathrm{J}$，可使水温升高$60\ \mathrm{℃}$；
（2）需要完全燃烧$0.8\ \mathrm{kg}$煤气；
（3）① 利用太阳能可以节约化石能源，减少环境污染；② 受天气影响（或转换效率低、提供功率小等）
【知识点】
热量公式应用、热值计算、太阳能利用
【点评】
本题结合实际的太阳能热水器，综合考查了热量计算、热值计算以及太阳能的相关知识，既要求学生熟练掌握相关物理公式的应用，又要求学生了解能源可持续发展的相关知识，注重理论联系实际。
【难度系数】
0.6
