Question

5．據(jù)有關(guān)媒體報道：“陽光動力2號”太陽能飛機(jī)于2015年3月9日從阿聯(lián)酋首都阿布扎比起飛，展開為期近5個月的環(huán)球之旅，在中國重慶．南京等地停留，最后返回出發(fā)點．總飛行天數(shù)25天，總里程達(dá)35000km．本次環(huán)球之旅的意義是向世人展示創(chuàng)新和環(huán)保理念，推廣清潔能源．在白天飛行時，飛機(jī)“汲取”太陽能并轉(zhuǎn)化為電能，還能將多余的太陽能電力儲備到高性能蓄電池中供夜間飛行，實現(xiàn)不用一滴燃油晝夜飛行．
整架飛機(jī)的動力來源于機(jī)翼上安裝的17248塊超�。�高效太陽能電池板，面積達(dá)到260平方米，太陽光照射到太陽能電池板單位面積上的輻射功率為1.0×10³W/m²，”陽光動力2號”使用的太陽能電池板屬于第一代單晶硅薄膜太陽能電池，它將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率較高，達(dá)到25%，飛機(jī)的飛行速度平均為108km/h．求：
（1）正常工作時，太陽能電池的電功率為多少？
（2）如果飛機(jī)在空中沿水平方向勻速飛行時受到的空氣阻力為1500N，則飛機(jī)克服空氣阻力做功的平均功率為多少？
（3）已知飛機(jī)上電動機(jī)的效率是90%，不計其它能量損耗．若飛機(jī)每天接受光照的時間為10h，則飛機(jī)每天光照時能儲備多少電能供夜間飛行？
（4）若太陽輻射的總功率為3.9×10²⁶瓦，且太陽光在穿過太空及地球大氣層到達(dá)太陽能電池板的途中有28%的能量損耗，還知道半徑為R的球面面積為 S=4πR²．請根據(jù)這些資料計算太陽到地球的距離．

Answer 1

分析 （1）知道太陽能電池板的面積和板單位面積上的輻射功率以及將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率，根據(jù)P=p₀sη求出太陽能電池的電功率；
（2）知道水機(jī)飛行的速度和受到的空氣阻力，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出飛機(jī)克服空氣阻力做功的平均功率；
（3）根據(jù)效率公式求出電動機(jī)消耗電能的電功率，根據(jù)W=Pt求出飛機(jī)每天光照時能儲備的電能；
（4）知道太陽輻射的總功率，和太陽光在穿過太空及地球大氣層到達(dá)地面的途中有20%的能量損耗，可求到達(dá)地面時的輻射功率，求出單位面積上的輻射功率，據(jù)此求出L大�。�

解答 解：（1）正常工作時，太陽能電池的電功率：
P₁=p₀Sη=1.0×10³W/m²×260m²×25%=6.5×10⁴W；
（2）飛機(jī)的飛行平均速度：
v=108km/h=30m/s，
飛機(jī)克服空氣阻力做功的平均功率：
P₂=fv=1500N×30m/s=4.5×10⁴W；
（3）電動機(jī)消耗電能的電功率：
P_M=$\frac{{P}_{2}}{η}$=$\frac{4.5×1{0}^{4}W}{90%}$=5×10⁴W，
由P=$\frac{W}{t}$可得，飛機(jī)每天光照時能儲備電能：
E=（P₁-P_M）t=（6.5×10⁴W-5×10⁴W）×10×3600s=5.4×10⁸J；
（4）到達(dá)地面時的輻射功率，
P=P_總×（1-20%）=3.9×10²⁶W×（1-20%）=3.12×10²⁶W，
單位面積上的輻射功率：
$\frac{3.12×1{0}^{26}W}{4π{L}^{2}}$=1.0×10³W/m²，
解得：L=1.58×10¹¹m．
答：（1）太陽能電池的電功率為6.5×10⁴W；
（2）飛機(jī)克服空氣阻力做功的平均功率為4.5×10⁴W；      
（3）飛機(jī)每天光照時能儲備電能5.4×10⁸J；
（4）太陽到地球的距離1.58×10¹¹m．

點評 本題考查了能量轉(zhuǎn)化、電功率公式、效率公式、做功公式等知識，綜合性強(qiáng)，有一定的難度．