Question

（18分）利用水流和太陽能發電，可以為人類提供清潔能源。水的密度，太陽光垂直照射到地面上時的輻射功率，地球表面的重力加速度取g=10m／s²。

   （1）三峽水電站發電機輸出的電壓為18kV。若采用500kV直流電向某地區輸電5.0×10⁶kW，要求輸電線上損耗的功率不高于輸送功率的5％，求輸電線總電阻的最大值；

   （2）發射一顆衛星到地球同步軌道上（軌道半徑約為地球半徑的6.6）利用太陽能發電，然后通過微波持續不斷地將電力輸送到地面，這樣就建成了宇宙太陽能發電站。求衛星在地球同步軌道上向心加速度的大��；

   （3）三峽水電站水庫面積約1.0×10⁹m²，平均流量Q=1.5×l0⁴m³／s，水庫水面與發電    機所在位置的平均高度差h=l00m，發電站將水的勢能轉化為電能的總效率。在地球同步軌道上，太陽光垂直照射時的輻射功率為10P₀。太陽能電池板將太陽能轉化為電能的效率=20％，將電能輸送到地面的過程要損失50％。若要使（2）中的宇宙太陽能發電站的發電能力與三峽電站相當，衛星上太陽能電池板的面積至少為影大?

 

Answer 1

【答案】

（1）

（2）0.23m/s²

（3）

【解析】

（1）設輸電線總電阻的最大值為，當通過輸電線的電注以為I時，輸電線上損耗的功率為     （2分）

采用U=500kV直流電向某地區輸電W時，通過輸電線的電流

                            （2分）

       依題意得

       解得         （2分）

（2）設衛星的軌道半徑為R，衛星所在軌道的向心加速度大小為，根據萬有引力定律和牛頓第二定律得：

                                                 （2分）

       解得                                     （2分）

       當衛星在地表附近時，

       在同步軌道上，

       根據題意，同步軌道的半徑

       解得衛星在地球同步軌道上向心加速度的大小

                                 （2分）

（3）三峽水電站的發電功率              （2分）

       設衛星太陽能電池板的面積至少為S，

       則宇宙太陽能發電站的發電功率

                 （2分）

       根據題意

       所以太陽能電池板的面積至少為                   （2分）