太陽(yáng)能是一種取之不盡且干凈的能源。太陽(yáng)能的利用目前得到了廣泛的推廣。就是在歷年的高考中有關(guān)太陽(yáng)能的問(wèn)題也多次進(jìn)行了考查。本文就有關(guān)太陽(yáng)能知識(shí)及高考復(fù)習(xí)中的相關(guān)問(wèn)題做一個(gè)介紹與總結(jié)。
　　
　　一、太陽(yáng)能利用的現(xiàn)況及前景
　　
　　我國(guó)有13億人口，3.5億個(gè)家庭，若每戶(hù)每天供應(yīng)60℃熱水100升，共需消耗6643億度電，幾乎用掉全國(guó)發(fā)電量的一半，費(fèi)用極大。由于市場(chǎng)需求，目前太陽(yáng)能熱水器是光熱利用最成功的產(chǎn)品。在太陽(yáng)能利用領(lǐng)域，除太陽(yáng)能熱水器外，還可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)、太陽(yáng)能空調(diào)，在光電利用方面，開(kāi)發(fā)出了太陽(yáng)能電池，但目前太陽(yáng)能向電能的轉(zhuǎn)化效率不是很高，太陽(yáng)能電池主要用于航天領(lǐng)域，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽(yáng)能電池的應(yīng)用前景將十分廣闊。
　　
　　二、太陽(yáng)常數(shù)
　　
　　太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量。太陽(yáng)總的輻射功率約為3.75×10²⁶W。這個(gè)能量是巨大的，但太陽(yáng)能是均勻向四面八方輻射的，到達(dá)地球上的只是其中的22億分之一，但已高達(dá)173000TW，也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬(wàn)噸煤。到達(dá)地球大氣層上太陽(yáng)能輻射的總功率可用公式表示P＝P^oP^o／4R²，其中P^o為太陽(yáng)能輻射總功率，R為地球到太陽(yáng)的距離，R為地球半徑，在物理學(xué)上將地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)輻射的單位面積上的功率稱(chēng)為太陽(yáng)常數(shù)，顯然太陽(yáng)常數(shù)為P=P^o／4πR²，取P^o=3.75×10²⁶W，R=1.5×10¹¹m那么p¹=1.36×10³w，在一年之中由于日地之間的距離改變所引起的太陽(yáng)常數(shù)的變化將不超過(guò)上述值的3.4％。所以太陽(yáng)常數(shù)基本上是穩(wěn)定的。
　　
　　三、與太陽(yáng)能有關(guān)的幾個(gè)典型問(wèn)題的
　　分析。在高三備考復(fù)習(xí)時(shí)，與太陽(yáng)能有關(guān)的問(wèn)題應(yīng)該引起足夠的重視，下面就來(lái)分析幾個(gè)這方面的問(wèn)題。
　　1，太陽(yáng)壽命及質(zhì)量虧損問(wèn)題
　　太陽(yáng)不斷發(fā)光，按照愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E=mc²，那么太陽(yáng)在輻射能量的同時(shí)應(yīng)伴隨著質(zhì)量虧損，由△E=△mc²，△m=AE／C²，太陽(yáng)發(fā)光應(yīng)該有一個(gè)壽命問(wèn)題，在中學(xué)階段我們是否可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)估測(cè)一下上述問(wèn)題呢?下面這道題可給我們一個(gè)啟發(fā)。
　　取一個(gè)橫截面積是3×10^-2m²的不高的圓筒，筒內(nèi)裝水0.6kg，某天中午在太陽(yáng)光照射2min后，水的溫度升高了10℃，已知射到大氣層的太陽(yáng)能只有43％到達(dá)地面，太陽(yáng)到地球的距離R=1.5×10¹¹m，太陽(yáng)目前質(zhì)量M=2×10³⁰kg。假設(shè)太陽(yáng)發(fā)光的功率保持不變，由題中數(shù)據(jù)估算：
　　(1)每天太陽(yáng)虧損的質(zhì)量大約是多少?
　　(2)若太陽(yáng)質(zhì)量減少10％需要多長(zhǎng)時(shí)間?
　　解：(1)首先我們算出太陽(yáng)常數(shù)P
　　P=cm△t／St＝4.2×10³×0.6×1×100／(3×10^-2×2×60)×0.43=1.0×10³(W)。
　　太陽(yáng)的發(fā)光功率：P=P×4πR²=1.0×10³×4×3.14×(1.5×10¹¹)²=3.0×10²⁶(W)。
　　太陽(yáng)每天虧損質(zhì)量：△m=Pt／c²=3.0×10²⁶×24×3600／(3.0×10⁸)²=3.0×10¹⁴kg
　　(2)太陽(yáng)質(zhì)量減少10％所需的時(shí)間：τ=2×10³⁰×10％／3.0×10¹⁴=7.0×10¹⁴(天)。
　　2，航天器的太陽(yáng)能電池的問(wèn)題
　　奮進(jìn)號(hào)航天器進(jìn)行了一次飛行，其主要任務(wù)是給國(guó)際空間站安裝新的太陽(yáng)能電池板。該電池板的長(zhǎng)度L=73m，寬度D=12m，該太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為K=11％。已知太陽(yáng)能輻射的總功率為P=3.8×10²⁶w，地球與太陽(yáng)之間距離R=1.5×10¹¹m。
　　國(guó)際空間站離地的高度h=3.7×10²km，它繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有大約一半時(shí)間在地球的陰影中，太陽(yáng)能電池板在其發(fā)電的時(shí)間內(nèi)將一部分電能儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)，另一部分供空間站使用，地球半徑R=6.4×10³km，若太陽(yáng)能電池內(nèi)阻是空間站用電電路總電阻的1／9，由以上數(shù)據(jù)估算，在空間站繞地球運(yùn)行一周的過(guò)程中，太陽(yáng)能電池對(duì)空間站供電的平均功率能有多大?(設(shè)蓄電池始終對(duì)空間站供電，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
　　解：由于空間站與地面的高度與地球半徑比為h／R=0.058，可以認(rèn)為空間站與太陽(yáng)之間的距離為R=1.5×10¹¹m。太陽(yáng)輻射的能量均勻地分布在以太陽(yáng)為球心的球面上。在半徑為地球與太陽(yáng)距離為R的球面上，每1m²面積接受到的太陽(yáng)能功率為：
　　l=P／S=P／4πR²=3.8×10²⁶／(4×3.14×1.52×10²²)=1.34×10³(W／m²)。
　　太陽(yáng)能電池發(fā)電時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的功率為
　　P=lLD=1.34×10³×73×12×11％(W)=1.29×10⁵(W)。
　　由于空間站繞地球一周有大約一半時(shí)間在陰影中，太陽(yáng)能電池對(duì)空間站供電的平均功率為
　　P=0.5×0.9P=5.8×10⁴(W)。
　　
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