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“嫦娥一号”的成功发射引起了人们对月球的科学兴趣。随着对月球了解的深入，一些科学家预言：月球必将成为人类未来的能源基地。按照一些科学家的设想，利用月球正面太阳光充足、地域广阔的特点，在月球上建设大型太阳能电站，可克服在地球上受天气影响、提供的功率小等缺点。在月球上产生的电能经微波转换器将电流转换成微波，并通过天线将电能以微波的形式向地面发送，地面接收站通过天线把微波能还原成电能，如图21-9(a)所示，可解决电能的输送问题。
我国的“嫦娥”系列登月车利用太阳能电池提供能量。图21-9(b)是太阳能电池板工作原理的示意图：当太阳光照射到组成太阳能电池的叠在一起的两片不同的半导体表面时，会产生光电效应，从而使电路中产生电流。太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为$1.5× 10^{4}\ \mathrm{W}$，光电转化效率为$18\%$。
（1）太阳发出的巨大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的________（选填“核聚变”或“核裂变”）反应。
（2）月球太阳能电站相对于月球表面是________（选填“运动”或“静止”）的。若从月球发出的微波信号经1.28 s到达地球，则月球与地球间的距离约等于________m。（设微波在真空和空气中的传播速度均为$3.0× 10^{5}\ \mathrm{km/s}$）
（3）太阳能电池工作时的能量转化情况是________。
（4）若月球上有一块接收面积为$2\ \mathrm{m}^2$的太阳能电池板，则它的发电功率是________W。
（5）若月球电站的总发电能力为$6× 10^{9}\ \mathrm{kW}$，利用微波传输电能的输电效率为$80\%$，则地面接收站1 h接收到的电能相当于完全燃烧________kg煤放出的热量（煤的热值为$3.0× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$）。
“嫦娥一号”的成功发射引起了人们对月球的科学兴趣。随着对月球了解的深入，一些科学家预言：月球必将成为人类未来的能源基地。按照一些科学家的设想，利用月球正面太阳光充足、地域广阔的特点，在月球上建设大型太阳能电站，可克服在地球上受天气影响、提供的功率小等缺点。在月球上产生的电能经微波转换器将电流转换成微波，并通过天线将电能以微波的形式向地面发送，地面接收站通过天线把微波能还原成电能，如图21-9(a)所示，可解决电能的输送问题。
我国的“嫦娥”系列登月车利用太阳能电池提供能量。图21-9(b)是太阳能电池板工作原理的示意图：当太阳光照射到组成太阳能电池的叠在一起的两片不同的半导体表面时，会产生光电效应，从而使电路中产生电流。太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为$1.5× 10^{4}\ \mathrm{W}$，光电转化效率为$18\%$。
（1）太阳发出的巨大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的________（选填“核聚变”或“核裂变”）反应。
（2）月球太阳能电站相对于月球表面是________（选填“运动”或“静止”）的。若从月球发出的微波信号经1.28 s到达地球，则月球与地球间的距离约等于________m。（设微波在真空和空气中的传播速度均为$3.0× 10^{5}\ \mathrm{km/s}$）
（3）太阳能电池工作时的能量转化情况是________。
（4）若月球上有一块接收面积为$2\ \mathrm{m}^2$的太阳能电池板，则它的发电功率是________W。
（5）若月球电站的总发电能力为$6× 10^{9}\ \mathrm{kW}$，利用微波传输电能的输电效率为$80\%$，则地面接收站1 h接收到的电能相当于完全燃烧________kg煤放出的热量（煤的热值为$3.0× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$）。
答案
8. （1）核聚变 （2）静止 $3.84×10^8$ （3）太阳能转化为电能 （4）$5.4×10^3$ （5）$5.76×10^8$
解析
【分析】
本题围绕月球太阳能电站与太阳能电池的相关知识，分5小问考查物理知识点：1. 太阳能量来源：需区分核聚变与核裂变，太阳内部是轻核聚合成重核释放能量；2. 相对运动与距离计算：判断物体是否静止看相对位置是否变化，距离用$s=vt$计算，注意单位统一；3. 太阳能电池的能量转化：明确其将太阳能转化为电能；4. 发电功率计算：先算总接收太阳能功率，再乘转化效率；5. 电能与热量换算：先算地面接收电能，再用热值公式求煤的质量，需统一单位。
【解析】
（1）太阳内部氢原子核在超高温下发生核聚变，释放巨大能量，故填核聚变；
（2）月球太阳能电站相对于月球表面，位置没有改变，因此是静止的；微波速度$v=3.0×10^5\ \mathrm{km/s}=3.0×10^8\ \mathrm{m/s}$，传播时间$t=1.28\ \mathrm{s}$，根据公式$s=vt$，月球与地球的距离$s=3.0×10^8\ \mathrm{m/s} ×1.28\ \mathrm{s}=3.84×10^8\ \mathrm{m}$；
（3）太阳能电池工作时，将太阳能转化为电能；
（4）每平方米太阳能辐射功率为$1.5×10^4\ \mathrm{W}$，$2\ \mathrm{m}^2$面积的总辐射功率为$P_{\mathrm{辐}}=1.5×10^4\ \mathrm{W/m}^2 ×2\ \mathrm{m}^2=3×10^4\ \mathrm{W}$，光电转化效率为$18\%$，则发电功率$P_{\mathrm{电}}=P_{\mathrm{辐}}×18\%=3×10^4\ \mathrm{W} ×0.18=5.4×10^3\ \mathrm{W}$；
（5）月球电站总发电功率$P_{\mathrm{总}}=6×10^9\ \mathrm{kW}=6×10^{12}\ \mathrm{W}$，输电效率$\eta=80\%$，时间$t=1\ \mathrm{h}=3600\ \mathrm{s}$，地面接收的电能$W=P_{\mathrm{总}}×t×\eta=6×10^{12}\ \mathrm{W} ×3600\ \mathrm{s} ×0.8=1.728×10^{16}\ \mathrm{J}$；煤完全燃烧放出的热量$Q=W$，根据$Q=mq$，得煤的质量$m=\frac{Q}{q}=\frac{1.728×10^{16}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=5.76×10^8\ \mathrm{kg}$；
【答案】
（1）核聚变；（2）静止；$3.84×10^8$；（3）太阳能转化为电能；（4）$5.4×10^3$；（5）$5.76×10^8$
【知识点】
核聚变、相对运动、能量转化
【点评】
本题结合太阳能的实际应用，考查多个基础物理知识点，需学生掌握核反应类型、相对运动判断、速度公式、能量转化、功率及热值计算，综合性适中，能有效巩固相关知识。
【难度系数】
0.5
本题围绕月球太阳能电站与太阳能电池的相关知识，分5小问考查物理知识点：1. 太阳能量来源：需区分核聚变与核裂变，太阳内部是轻核聚合成重核释放能量；2. 相对运动与距离计算：判断物体是否静止看相对位置是否变化，距离用$s=vt$计算，注意单位统一；3. 太阳能电池的能量转化：明确其将太阳能转化为电能；4. 发电功率计算：先算总接收太阳能功率，再乘转化效率；5. 电能与热量换算：先算地面接收电能，再用热值公式求煤的质量，需统一单位。
【解析】
（1）太阳内部氢原子核在超高温下发生核聚变，释放巨大能量，故填核聚变；
（2）月球太阳能电站相对于月球表面，位置没有改变，因此是静止的；微波速度$v=3.0×10^5\ \mathrm{km/s}=3.0×10^8\ \mathrm{m/s}$，传播时间$t=1.28\ \mathrm{s}$，根据公式$s=vt$，月球与地球的距离$s=3.0×10^8\ \mathrm{m/s} ×1.28\ \mathrm{s}=3.84×10^8\ \mathrm{m}$；
（3）太阳能电池工作时，将太阳能转化为电能；
（4）每平方米太阳能辐射功率为$1.5×10^4\ \mathrm{W}$，$2\ \mathrm{m}^2$面积的总辐射功率为$P_{\mathrm{辐}}=1.5×10^4\ \mathrm{W/m}^2 ×2\ \mathrm{m}^2=3×10^4\ \mathrm{W}$，光电转化效率为$18\%$，则发电功率$P_{\mathrm{电}}=P_{\mathrm{辐}}×18\%=3×10^4\ \mathrm{W} ×0.18=5.4×10^3\ \mathrm{W}$；
（5）月球电站总发电功率$P_{\mathrm{总}}=6×10^9\ \mathrm{kW}=6×10^{12}\ \mathrm{W}$，输电效率$\eta=80\%$，时间$t=1\ \mathrm{h}=3600\ \mathrm{s}$，地面接收的电能$W=P_{\mathrm{总}}×t×\eta=6×10^{12}\ \mathrm{W} ×3600\ \mathrm{s} ×0.8=1.728×10^{16}\ \mathrm{J}$；煤完全燃烧放出的热量$Q=W$，根据$Q=mq$，得煤的质量$m=\frac{Q}{q}=\frac{1.728×10^{16}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=5.76×10^8\ \mathrm{kg}$；
【答案】
（1）核聚变；（2）静止；$3.84×10^8$；（3）太阳能转化为电能；（4）$5.4×10^3$；（5）$5.76×10^8$
【知识点】
核聚变、相对运动、能量转化
【点评】
本题结合太阳能的实际应用，考查多个基础物理知识点，需学生掌握核反应类型、相对运动判断、速度公式、能量转化、功率及热值计算，综合性适中，能有效巩固相关知识。
【难度系数】
0.5
