Question

（2011全國初中物理應用物理知識競賽試題，第六題，15分)隨著新能源、低碳等理念的普及，小明設想出了一種完全以太陽能電池為能源的汽車，以下是他查到的一些數(shù)據(jù)：太陽輻射的總功率P_總=3.9×10²⁶w，太陽到地球的距離r=1.5×10¹¹m，陽光穿過太空和地球周圍的大氣層到達地面的過程中的能量損耗約為51％；太陽光垂直照射時，太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率最高約為15％；假設一輛太陽能電池車的質(zhì)量約為750kg，期望達到的最高時速為72 km／h，車輛行駛過程中的平均阻力約為車重的0.02倍，車身最多能敷設的太陽能電池板的面積約為8m²，驅(qū)動電機能夠?qū)⑤斎牍β实?0％轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進的機械功率。(已知半徑為r的球的表面積為S=4πr²)

    （1）．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，通過計算對小明的設想進行分析與評價。

（2）．你對他的設想有什么改進建議?

Answer 1

【解析】（1）.驅(qū)動電機需要達到的最大機械輸出功率：

P_機=Fv=kmgv=0.02×750×10×20W=3×10³W。

需要的電功率：P_電==W=3.33×10³W。

垂直于太陽光的太陽能電池板得到的太陽輻射最大功率：

P_日==W/m²=676W/m².

車上的太陽能電池板所能提供的最大電功率：

P_電池=η₃P_日S=15%×676×8W=811W<3.33×10³W。

   以上所算數(shù)據(jù)為晴朗無云、太陽能電池板始終垂直于陽光時的數(shù)據(jù)。實際上汽車上的電池板很難做到始終與太陽光垂直，其實際提供的電功率會小于P_電池，不能滿足驅(qū)動電機的需求。

  （2）. 改進建議：減輕車體自身重、降低車輛行駛時的阻力、減小機械損耗、降低車輛設計最高時速、提高電機效率、兼容其他能源動力、使用蓄電池供電、在車頂安裝折疊式太陽能電池板、停車時將太陽能電池轉(zhuǎn)化的電能存入蓄電池、研發(fā)高效率太陽能電池板。

【點評】此題考查功率、效率等知識點。此題第1小題，具有多種解法，只要正確即可；第2小題，具有開放性，答出任意兩點即可。