Question

閱讀下列材料，解答材料后的各個(gè)問題.

太陽向空間輻射的總功率為3.8×10²⁶ W，太陽光從太陽到達(dá)地球需要8 min 20 s.輻射到地球上的太陽能以下列形式被利用和儲(chǔ)存：①使大地變熱，轉(zhuǎn)為內(nèi)能；②使空氣變熱形成風(fēng)，轉(zhuǎn)為空氣流動(dòng)的動(dòng)能（可用于風(fēng)力發(fā)電）；③使水汽化，又以雨、雪形式返回到地面，轉(zhuǎn)為水流的動(dòng)能（可用于水力發(fā)電）；④被植物、微生物吸收（古代生物以煤、石油等形式儲(chǔ)存起來，可直接作為燃料），作為人和動(dòng)物的食物.

（1）已知地球半徑為6.4×10⁶ m，求輻射到地球的太陽能的總功率；

（2）某海灣共占面積1.0×10⁷ m²，漲潮時(shí)水深20 m，此時(shí)關(guān)上水壩閘門，可使水位保持20 m不變.退潮時(shí)，壩外水位降至18 m.假如利用此水壩建水力發(fā)電站，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男�率�?0%，每天有兩次漲潮.該電站一天能發(fā)出多少電能？

（3）某同學(xué)為測(cè)量地表植物吸收太陽能的本領(lǐng)，做了如下實(shí)驗(yàn)：用一面積為0.1 m²的面盆盛6 kg的水，經(jīng)太陽垂直照射15 min，溫度升高 5 ℃.若地表植物接收太陽光的能力與水相等，試計(jì)算每平方米綠色植物每秒接收的太陽能為多少焦.若綠色植物在光合作用中每吸收1 kJ的太陽能可以放出0.05 L的氧氣，則每公頃綠地每秒可放出多少升的氧氣？（1公頃=10⁴ m²）

Answer 1

（1）1.7×10¹⁷ W  （2）4×10¹⁰ J  （3）1.4×10³ J  700 L

解析：太陽輻射到地球上的能量，以各種形式被儲(chǔ)存起來，同時(shí)太陽還在繼續(xù)不斷地向地球輸送能量.因此，人們?cè)谀芰繎?yīng)用方面，一方面利用已儲(chǔ)存的能量，如石油、煤、天然氣等，另一方面開采新的太陽能，如風(fēng)力、水力發(fā)電，太陽灶，太陽能集熱器等.本題是關(guān)于太陽能及其應(yīng)用的幾個(gè)問題.

（1）設(shè)太陽到地球距離為r，則

r=ct=3×10⁸×500 m=1.5×10¹¹ m.

設(shè)想以太陽為球心，以r為半徑作一球面，太陽向空間輻射的總功率為P=3.8×10²⁶ W，這些功率均勻分布在此球面上，地球接收此功率的表面積為πR²,R為地球半徑.則地球接收到的功率

P′=P=×3.8×10²⁶ W=1.7×10¹⁷ W.

（2）利用海水漲潮退潮間水位的高度差，將海水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成電能，先求出一次漲潮與退潮間落差海水質(zhì)量mg，一天兩次漲潮，可供利用的海水能為2mgh₁，其中h₁為落差海水重心位置的變化.因發(fā)電效率為η=10%，有η=,h₁=h,m=ρSh,則E=2mg·h₁η=2ρSgh··η

=（10³×1×10⁷×10×2²×0.1）  J=4×10¹⁰ J.

需要說明的是，這是按單向發(fā)電來求的.若水壩被設(shè)計(jì)成雙向發(fā)電，即漲潮、退潮各發(fā)一次電，計(jì)算的總發(fā)電量應(yīng)是上述的2倍.

（3）6 kg水15 min內(nèi)吸收的熱量

Q=cmΔt=4.2×10³×6×5 J=1.26×10⁵ J

則每平方米每秒地面接收到的太陽能為

E== J/(m²·s)

=1.4×10³ J/(m²·s)

則每公頃綠地每秒接收到的太陽能為

E′=ES′=1.4×10³×10⁴ J=1.4×10⁷ J=1.4×10⁴ kJ

每公頃綠地釋放的氧氣

V=0.05×1.4×10⁴ L=700 L.