第十七章　电流做功与电功率 实践　设计一个节能方案 2025-2026学年物理沪科版九年级全一册

第十七章　电流做功与电功率 实践　设计一个节能方案 制作节能路灯 1. 小明发现村道的路灯存在不足：①采用交流电供电， 没有用好可再生能源，如光能、风能等；②路灯每天定 时开启，没有结合实际光照强度来控制路灯。结合实际 问题，小明和科技小组的同学提出了两种改善方案：一 是增添风光互补发电蓄电装置，二是采用光控装置控制 路灯。 方案一：同学们设计了如图甲所示的风光互补发电蓄电 装置电路图，选购器材的相应参数如表一所示。查阅资 料获知，最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风 力发电机的输出功率，风力发电机的输出功率P与风速v 的三次方成正比，蓄电池容量是指蓄电池放电电流与放 电总时间的乘积，当地太阳最大辐射强度120 W/m2。 表一 风力发电机 太阳能电板 蓄电池 LED灯 最大限制风速：12 m/s 输出功率：36 W 容量：500 A·h 额定电压：12 V 最大输出功率：800 W 光电转化效率：10％ 额定电压： 12 V 方案二：图乙所示是同学们设计的控制电路，用它来替 代图甲中的开关S。电路中电源两端电压恒定，电阻R1 和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，查阅 资料可知某型号硫化铅光敏电阻的阻值与光照强度E （单位：lx）的关系如表二所示，其中触发和恢复阈值 分别为10 lx和60 lx，当该光敏电阻外界光照低于触发阈 值，控制开关两端电压U控升高到某一设定值 时控制开关自动闭合，超过恢复阈值就自动 断开，达到自动控制照明系统效果。 表二 光照度E/lx 5 12 15 20 25 40 光敏电阻的阻值/Ω 60 25 20 15 12 7.5 （1）风力发电机工作时把 能转化为 ⁠ 能。白天，LED灯不工作时，蓄电池相当于 ，两盏LED灯的连接方式应该是 ⁠。 机械　 电　 用电器 并联　 （2）要使太阳能电池的最大输出功率达到36 W，太阳 能电池板的面积至少要 m2。在仅靠风力发电的情 况下且不考虑能量损失，当风速为6 m/s时，将蓄电池电 能由30％充至90％至少所需时间为 h。 3　 36　 （3）结合信息和已学知识，下列说法中错误的是 ⁠ （填字母）。 A. 光敏电阻是一种半导体 B. R1为定值电阻，R2为光敏电阻 C. 光照强度越弱，U控越大 D. 定值电阻阻值越大，照明系统工作时间越短 B　 （4）项目设计完检验中发现，当光照强度分别为15 lx 和30 lx时，定值电阻的阻值两端电压分别为2 V和3 V； 当光照强度达到触发光照强度时，照明系统开始启动， 则对应的控制开关两端的电压U控＝ V。 （5）在完善项目的可行性过程中，小明发现设计中还 需要考虑LED灯选择，请写出一条LED灯的选用要 求： ⁠。 4.5　 LED灯的功率不能太大　 智能家居节能调查 2. 某家庭近期安装了一套智能家居系统，涵盖智能插座 和智能电表。智能插座能精准监测、灵活调控单个电器 用电，智能电表则实时呈现家庭总用电情况。已知该家 庭常用电器有电暖手宝（加热功率500 W，保温功率50 W）、1 200 W的电烤箱、1 000 W 的电熨斗等。通过对 这些电器在智能家居系统调控下的用电分析，调查智能 家居系统的节能成效。 （1）智能电表显示某一时刻家庭总电功率达到了2 250 W，此时除正常加热的电暖手宝外，正在工作的电烤箱 最多有 台；若家庭电路允许通过的最大电流为20 A，则家庭电路接入用电器的最大总电功率为 W。 （2）若每天使暖手宝处于保温状态下正常工作的时间 为2 h，则电暖手宝一个月（按30天计算）处于保温状态 消耗的电能为 kW·h，若将这些电能全部用来给一 个规格为“220 V　100 W”的灯泡正常供电，可供 电 h。 1　 4 400 3　 30　 （3）智能插座能定时开关。将1 200 W的电烤箱用电时 段，从每天峰时（7：00～23：00）工作1 h改为谷时 （23：00～7：00）工作1 h。已知谷时电价0.3元/ （kW·h），峰时电价0.8元/（kW·h），一个月（按30 天计算）可节省 元电费。该电烤箱与标有“220 V10（20） A　50 Hz　600 r/（kW·h）”字样的电能表 单独串联在家庭电路中，电能表转盘转120 圈，电烤箱 消耗电能 kW·h。 18　 0.2　 （4）该家庭的智能插座还具备功率调节功能。将电熨 斗从正常功率1 000 W调节到较低功率运行，在2小时内 消耗了1.822 5 kW·h 的电能。若电熨斗的电阻不变，调 节后电熨斗的实际功率为 W，调节后电熨斗 两端的实际电压约为 V（保留整数）。 911.25　 210　 $