跨界地理题——“太阳能板跟踪装置”试题设计

返回列表 来源：发布日期： 2022.05.11 浏览次数：

这是一道由惠州学院刘俊杰、蒋清民、杨若永三名同学创作的“地理”试题，此题不走“寻常路”，在地理情境中融入数学、计算机、信息技术及工程知识，跨界味浓，体现多学科知识融合，非常有趣。我们在此题基础上又作简化改动，形成另一版本较为传统的地理题。”一题双版“，不作对比，仅作交流。

【本期原创试题】

版本一：

太阳能电池板双轴跟踪装置通过借助光敏传感器比较不同方位的光照强度，让电机朝光照强度高的位置转向，实现对太阳位置的跟踪。在程序中，电机A、B转向的角度用数值a、b表示，光敏传感器L、R、U、D接受到的光照强度用数值l、r、u、d表示。为检验该装置，研发团队于2020年12月22日在海口（110°E，20°N）对其进行了测试。下图为该装置初始化状态下的示意图及其转向程序的流程图，据此完成 1～3 题。

太阳能电池板双轴跟踪装置示意图及其流程图

1. 相较于以固定方式安装的太阳能板，该装置可以

A. 增加光照时长 B. 扩大受光面积

C. 提高发电效率 D. 缓解能源紧张

2. 若在任意地点的正午时分启动该装置，程序中最有可能不执行的部分是

A. ①② B. ②③ C. ②④ D. ③④

3. 测试当日，在装置运行的过程中，数值 b 的最大值约为

A. 23° B. 43° C. 47° D. 67°

【参考答案】

1.C 2.A 3.C

【答案解析】

1. 分析题图及结合材料可知，该装置是通过比较上（ U）、下（ D ）、左（L ）、右（ R）四个方向的光敏传感器获取到的光照强度来决定纵轴和横轴方向的电机旋转方向，当四个传感器接受到的光照强度一致时，便停止转动。固定方式安装的太阳能板一般是以固定角度固定朝向安装的，而太阳是时刻运动的，该装置能够实现让太阳能板随太阳的视运动而转向，使太阳能板保持与太阳光线互相垂直。因此，相较固定方式安装的太阳能板，在单位时间内提高了发电效率和太阳能的利用率，故 C正确。该装置并不能增加一日内的光照时长，也不会扩大太阳能板的受光面积，更无从提及缓解能源紧张，这三个选项或夸大或表述不清，故 A 、B 、 D错误。

2.一天当中的正午时分即当天太阳高度角最高的位置，且太阳方位角始终位于观测地正北或正南方向上。分析附图中的程序框图易知，当装置在正午时分被启动时，太阳能板在初始状态下即面向正南，此时仅需继续调节纵向角度即可对准太阳位置，左右两侧传感器收到的光照强度是一致的，即“l=r”，而程序中①、②语句执行的条件为“l >r”、“r>l”，因此转向程序中可能不执行的只有①和②。故A正确，B、C 、D错误。

3.分析题意和题图不难看出，“数值 b”即装置中电机B旋转的角度，其对应着太阳高度角。测试地点为海口，纬度为20 °N，时间为2020年 12月 22 日，即冬至日前后，太阳直射南回归线附近，因而当天海口的正午高度角约为 9 0 ° -（ 2 3 ° 2 6 ′+20 °） = 46° 34′，即当天太阳最大高度角约为 4 6 ° 3 4 ′。那么装置从初始状态开始，在白昼期间纵向旋转的角度也不会超过 4 6 ° 3 4 ′。考虑到该装置电机旋转的精度为 1°，因此“ 数值 b”的最大值在当天内不应超过47 °，即其最大值约为47°。

版本二：

太阳能电池板双轴跟踪装置通过借助光敏传感器比较不同方位的光照强度，让电机朝光照强度高的位置转向，实现对太阳位置的跟踪。为检验该装置，研发团队于 2020 年 12月22日在海口（110°E，20°N）对其进行了测试。下图为太阳能电池板双轴跟踪装置初始化状态下的正面及侧面示意图，据此完成 1～3 题。