Question

（2011全國初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽試題）隨著新能源、低碳等理念的普及，小明設(shè)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=3.9x10²⁶ W，太陽到地球的距離口1.5x10¹¹ m，陽光穿過太空和地球周圍的大氣層到達(dá)地面的過程中的能量損耗約為51%;太陽光垂直照射時(shí)，太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率最高約為15%;假設(shè)一輛太陽能電池車的質(zhì)量約為750kg，期望達(dá)到的最高時(shí)速為72km/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(shè)的太陽能電池板的面積約為8m²，驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)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(jì)算對(duì)小明的設(shè)想進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

2.你對(duì)他的設(shè)想有什么改進(jìn)建議?

Answer 1

【解析】1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要達(dá)到的最大機(jī)械輸出功率：

P_機(jī)=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(shí)的數(shù)據(jù)。實(shí)際上汽車上的電池板很難做到始終與太陽光垂直，其實(shí)際提供的電功率會(huì)小于P_電池，不能滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求。

  2. 改進(jìn)建議：減輕車體自身重、降低車輛行駛時(shí)的阻力、減小機(jī)械損耗、降低車輛設(shè)計(jì)最高時(shí)速、提高電機(jī)效率、兼容其他能源動(dòng)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(shí)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(diǎn)評(píng)】此題考查功率、效率等知識(shí)點(diǎn)。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(diǎn)即可。