Question

1．国际航空运输协会希望能在2050年实现飞行器的碳排放量为零，瑞士“阳光动力号”太阳能飞机在这方面作出了大胆的尝试．该飞机的机翼承载200m²的光伏电池面板，太阳辐射功率为1.68×10⁶J/（m²•h）（太阳辐射功率是指1h内辐射到1m²面积上的太阳能），若电池面板产生的电压U=500V，对飞机上的电动机提供I=40A的电流，请解答：
（1）若飞机每天接受光照的时间约为10h，光伏电池面板每天接受的太阳能E为多少焦？光伏电池面板将太阳能转换为电能的效率是多少？
（2）用光伏电池面板每天接受的太阳能替代航空，每月（按30天）可节约的航空燃油多少千克？

Answer 1

分析 （1）知道太阳的辐射功率，根据W=Pt求出接收的太阳能；根据W=UIt求出产生的电能，再根据η=$\frac{{W}_{电}}{E}$求出转化效率；
（2）求出一个月接收的太阳能，即为航空燃油完全燃烧放出的热量，根据Q=mq求出消耗燃油的质量．

解答 解：
（1）每天接收的太阳能：
E=PSt=1.44×10⁶J/（m²•h）×200m²×10h=2.88×10⁹J，
每天产生的电能：
W_电=UIt=500V×40A×10×3600s=7.2×10⁸J，
太阳能转化为电能的效率：
η=$\frac{{W}_{电}}{E}$×100%=$\frac{7.2×1{0}^{8}J}{2.88×1{0}^{9}J}$×100%=25%；
（2）每月航空燃油完全燃烧放出的热量：
Q_放=30E=30×2.88×10⁹J=8.64×10¹⁰J，
由Q=mq得：
节约航空燃油的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{8.64×1{0}^{10}J}{4.32×1{0}^{7}J/kg}$=2000kg．
答：（1）光伏电池面板每天接受的太阳能E为2.88×10⁹J；
光伏电池面板将太阳能转换为电能的效率是25%；
（2）可节约的航空燃油2000kg．

点评 此题主要考查的是学生对电能、热值和功率计算公式的理解和掌握，弄清楚“太阳辐射功率”的物理意义是解决此题的关键．