新能源问题专题
一、新能源包括太阳能、核能、风能、海洋能等
开发新能源的基本原理是根据能量转化和守恒定律。无论开发什么新能源，总是设法使某种形式的能量转化为另一种便于被人类利用的能量。
若转化前的能量为E 1，转化后的能量为E 2，转化效率为η，则E 1η＝E 2。
二、太阳能的利用
太阳向外辐射能量的总功率是P ０＝3.83×1026W ，地日距离为r ＝1.5×
1011m ，如图所示。同一时刻从太阳辐射出的太阳能可以认为均匀分布在以太
阳为中心，ｒ为半径的球面上，因此地球绕日运行轨道上任意一点P 处，正对太阳的单位面积上所接受到的太阳能功率为
2
04r P π=1.35kW/m 2。由于地球大气层对太阳能的反射与吸收，实际能到达地面的太阳能大约只有50%左
右。
核电站利用什么发电三、风能的利用
用风力发电机把空气的动能转化为电能。把风力发电机叶片旋转所覆盖的面积叫做“可接受风能面积S ”，设风速为v ，空气密度为ρ，则时间t 内通过S 的空气质量为m=ρSvt 。
四、海洋能的利用
常用的是潮汐发电。将海水的重力势能转化为电能。设坝内水面面积为S ，坝内外水面落差为h ，水的密度为ρ，由于用来发电的这部分水的重心只下降了h /2，所以可利用的重力势能为E ＝ρgSh 2/2。
五、核能的利用
目前用于商业发电的核电站都是利用核裂变发电。依据是爱因斯坦的质能方程E=mc 2。
六、练习题
1. 太阳内部的核聚变可以释放出大量的能。这些能以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去，其总
功率达P 0=3.8×1026W 。设太阳上的核反应都是MeV 28ν2e 2He H 4421
1+++→这种形式的反
应（ν是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透能力极强的中性粒子），地日距离L =1.5×1011m ，地球半径R =6.4×106m 。⑴试估算太阳每秒钟损失多少吨质量？⑵试估算每秒钟从太阳发出到达地球表面的中微子的个数。（以上计算结果均只要求保留1位有效数字）
2．美国宇航局曾试验发射过一个由太阳能驱动的单翼飞行器，其翼展74m ，翼宽4m ，如图所示。
该飞行器装有14个螺旋桨，每个螺旋桨由输出功率为1.5kW 的电动机带动．电动机的电能来自布满飞翼的6.5万个太阳能光伏电池。在试验飞行时，每平方米面积上实际接受到的太阳辐射能功率为550W ，带动螺旋桨的电动机的效率为η＝80%。求：飞行器上所用太阳能电池的效率η′。
日
r P
3．奋进号航天飞机曾进行过一次太空飞行，主要任务是给国际空间站安装新的太阳能电池板。该太阳能电池板长L=73m，宽d=12m，将太阳能转化为电能的转化
率为η=20%。已知太阳辐射的总功率为P0=3.8×1026W，地日距
离r=1.5×1011m，国际空间站绕地球做匀速圆周运动，大约有一
半时间在地球的阴影内，在它能发电的时间内将把所发电的一部
分储存在蓄电池内。由以上数据估算这个太阳能电池板能对国际
空间站提供的平均电功率是多少？
4．风力发电作为一种无污染、低成本的新能源，发展前景广阔。风力发电的原
理是将通过叶片所围面积（可接受风能面积）内的空气动能的一部分转化
为叶片的动能，再将叶片的动能转化为电能。我国研制的Wd-646型风力
发电机每个叶片长L=22m，当风速达15m/s时，输出的电功率可达600kW。
空气密度为1.3 kg/m3求该发电机将风能转化为电能的总效率η。
5．潮汐发电利用潮水涨落产生的水位差来发电。已知太阳和月球对海水的作用力（引潮力）与它们的质量成正比，与它们到地球的距离的三次方成反比。太阳质量M1=2.0×1030kg，月球质量M2=7.4×1022kg，地日距离R1=1.5×1011m，地月距离R2=3.8×108m。⑴求太阳与月球对海水的引潮力
大小之比为F1∶F2。⑵建于浙江江厦的双向潮汐电站是我国第一座潮汐电站。它利用海水每天涨落两次，共能进行四次发电，设计年发电量为1.0×107度，总功率为3.2兆瓦。该发电站水库面积为S=200公顷（1公顷=104m2），电站的总效率为10%。一年按360天计算，海水密度取ρ=1.0×103kg/m3，g取10m/s2。试估算每次涨、落潮的平均潮差h。
6．某座核电站使用的浓缩铀中纯占3%，每年只需消耗30吨浓缩铀。设发生的裂变反应
是235
92U+1
n→141
56
Ba+92
36
Kr+31
n+201MeV。如果用优质煤做燃料（优质煤的燃烧值为 3.0×
107J/kg），该电站每年需要用多少列运煤专列运送煤碳？（设每个专列50节车皮，每节车皮装50吨优质煤，阿伏伽德罗常数N A=6.0×1023mol-1）
答案：1．⑴4×106吨；⑵8×1028 2．16% 3．1.2×105W 4．η=18% 5．⑴0.42 ⑵h=5m 6．985
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