Question

太陽能資源，不僅包括直接投射到地球表面上的太陽輻射，而且也包括像所有的化石燃料、水能、風能、海洋能、潮汐能等間接的太陽資源，還應包括綠色植物的光合作用固定下來的能量，即生物能．嚴格地說，除了地熱能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部來自太陽能，這是“廣義太陽能”，以便與僅指太陽輻射能的“狹義太陽能”相區別． 捕獲太陽能的生物主要為綠色植物．綠色植物在單位面積和單位時間內所固定的總能量是生態系統的總初級生產力，植物呼吸作用后，剩余下來的單位面積、單位時間內所固定的能量叫凈初級生產力．表中反應地球上綠色植物捕獲太陽能的情況．（單位：kJ/m²?d）
（1）下表說明，地球上流入生態系統中的能量僅僅為總太陽能的

3.6

%；能被各種動物、人類和微生物所利用的能量僅為

2.4

%．也就是說，絕大部分太陽能都不能流入生態系統中，從而為人類所利用．

	能量輸入	能量丟失	百分率（%）
總太陽能	21000		100
植物色素不吸收		11676	-55.8
植物色素吸收	9324		44.2
植物表面反射		777	-3.7
非活性吸收		924	-4.4
光合作用的有效能	7623		36.1
碳水化合物中的能量不穩定狀態		6858.6	-32.5
總初級生產力	764.4		3.6
呼吸作用（R）		256.2	-1.2
凈初級生產力	508.2		2.4

（2）利用光電轉換可以將太陽能轉化為電能．若地球附近某太空站上的太陽能電池接受板的面積是S，光電轉化效率為η，已知太陽輻射的總功率為P，太陽輻射穿過太空的能量損失忽略不計，光速為c，太陽光射到地球上經歷的時間為t，試求出該太陽能電池能夠輸出的最大功率．

Answer 1

分析：（1）分析表中數據得出：
地球上流入生態系統中的能量（綠色植物在單位面積和單位時間內所固定的總能量）占總太陽能的比值；
能被各種動物、人類和微生物所利用的能量（植物呼吸作用后，剩余下來的單位面積、單位時間內所固定的能量）占總太陽能的比值；
（2）太陽輻射面是指以太陽為中心，太陽到地球的距離為半徑的球面S_球面=4πr²，其中r=ct，根據 P_總：P_獲=S_球面：S求太陽能電池獲得的功率，再根據η=

P輸出

P獲

求太陽能電池能夠輸出的最大功率．

解答：解：（1）由表可知，地球上流入生態系統中的能量，即綠色植物在單位面積和單位時間內所固定的總能量，僅為總太陽能的3.6%；
能被各種動物、人類和微生物所利用的能量，即：植物呼吸作用后，剩余下來的單位面積、單位時間內所固定的能量僅為總太陽能的2.4%；
（2）太陽輻射面是指以太陽為中心，太陽到地球的距離為半徑的球面：r=ct，
S_球面=4πr²=4πc²t²，
設太陽能電池單位面積上的太陽輻射功率為P_獲，
∵P：P_獲=S_球面：S=4πc²t²：S，
∴P_獲=

S

4πc2t2

P，
∵η=

P輸出

P獲

，
∴該太陽能電池能夠輸出的最大功率：
P_輸出=ηP_獲=

S

4πc2t2

ηP．
故答案為：3.6，2.4，

S

4πc2t2

ηP．

點評：本題考查了學生從題目提供材料中搜集信息加以利用的能力，涉及到能量的利用率，有難度．