這是一道由惠州學(xué)院劉俊杰、蔣清民、楊若永三名同學(xué)創(chuàng)作的“地理”試題，此題不走“尋常路”，在地理情境中融入數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)及工程知識(shí)，跨界味濃，體現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)融合，非常有趣。我們?cè)诖祟}基礎(chǔ)上又作簡化改動(dòng)，形成另一版本較為傳統(tǒng)的地理題。”一題雙版“，不作對(duì)比，僅作交流。

版本一：

    太陽能電池板雙軸跟蹤裝置通過借助光敏傳感器比較不同方位的光照強(qiáng)度，讓電機(jī)朝光照強(qiáng)度高的位置轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽位置的跟蹤。在程序中，電機(jī)A、B轉(zhuǎn)向的角度用數(shù)值a、b表示，光敏傳感器L、R、U、D接受到的光照強(qiáng)度用數(shù)值l、r、u、d表示。為檢驗(yàn)該裝置，研發(fā)團(tuán)隊(duì)于2020年12月22日在?？冢?10°E，20°N）對(duì)其進(jìn)行了測試。下圖為該裝置初始化狀態(tài)下的示意圖及其轉(zhuǎn)向程序的流程圖，據(jù)此完成 1～3 題。

 太陽能電池板雙軸跟蹤裝置示意圖及其流程圖

1. 相較于以固定方式安裝的太陽能板，該裝置可以

A. 增加光照時(shí)長                B. 擴(kuò)大 受光面積

C. 提高發(fā)電效 率                          D.  緩解能源緊張

2. 若 在任意地點(diǎn)的正午時(shí)分啟動(dòng)該裝置，程序中最有可能不執(zhí)行的部分是

A. ①②            B. ②③            C. ②④            D. ③④

3. 測試當(dāng)日， 在裝置運(yùn)行的過程中，數(shù)值 b 的最大值約為

A. 23°            B. 43°           C. 47°            D. 67°

【參考答案】

1.C    2.A    3.C 

【答案解析】

1. 分析題圖及結(jié)合材料可知，該裝置是通過比較上（ U）、下（ D ）、左（L ）、右（ R）四個(gè)方向的光敏傳感器獲取到的光照強(qiáng)度來決定縱軸和橫軸方向的電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)四個(gè)傳感器接受到的光照強(qiáng)度一致時(shí)，便停止轉(zhuǎn)動(dòng)。固定方式安裝的太陽能板一般是以固定角度固定朝向安裝的，而太陽是時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)讓太陽能板隨太陽的視運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)向，使太陽能板保持與太陽光線互相垂直。因此，相較固定方式安裝的太陽能板，在單位時(shí)間內(nèi)提高了發(fā)電效率和太陽能的利用率，故 C正確。該裝置并不能增加一日內(nèi)的光照時(shí)長，也不會(huì)擴(kuò)大太陽能板的受光面積，更無從提及 緩解能源緊張，這三個(gè)選項(xiàng)或夸大或表述不清，故 A 、B 、 D錯(cuò)誤。

2.一天當(dāng)中的正午時(shí)分即當(dāng)天太陽高度角最高的位置，且太陽方位角始終位于觀測地正北或正南方向上。分析附圖中的程序框圖易知，當(dāng)裝置在正午時(shí)分被啟動(dòng)時(shí)，太陽能板在初始狀態(tài)下即面向正南，此時(shí)僅需繼續(xù)調(diào)節(jié)縱向角度即可對(duì)準(zhǔn)太陽位置，左右兩側(cè)傳感器收到的光照強(qiáng)度是一致的，即“l(fā)=r”，而程序中①、②語句執(zhí)行的條件為“l >r”、“r>l”，因此轉(zhuǎn)向程序中可能不執(zhí)行的只有①和②。故A正確，B、C 、D錯(cuò)誤。

3.分析題意和題圖不難看出，“數(shù)值 b”即裝置中電機(jī)B旋轉(zhuǎn)的角度，其對(duì)應(yīng)著太陽高度角。測試地點(diǎn)為?？冢暥葹?0 °N，時(shí)間為2020年 12月 22 日 ，即冬至日前后，太陽直射南回歸線附近，因而當(dāng)天?？诘恼绺叨冉羌s為 9 0 ° -（ 2 3 ° 2 6 ′+20 °） = 46° 34′，即當(dāng)天太陽最大高度角約為 4 6 ° 3 4 ′。那么裝置從初始狀態(tài)開始，在白晝期間縱向旋轉(zhuǎn)的角度也不會(huì)超過 4 6 ° 3 4 ′?？紤]到該裝置電機(jī)旋轉(zhuǎn)的精度為 1°，因此“ 數(shù)值 b”的 最大值在當(dāng)天內(nèi)不應(yīng)超過47 °，即其最大值約為47°。

太陽能電池板雙軸跟蹤裝置通過借助光敏傳感器比較不同方位的光照強(qiáng)度，讓電機(jī)朝光照強(qiáng)度高的位置轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽位置的跟蹤。為檢驗(yàn)該裝置，研發(fā)團(tuán)隊(duì)于 2020 年 12月22日在?？冢?10°E，20°N）對(duì)其進(jìn)行了測試。下圖為太陽能電池板雙軸跟蹤裝置初始化狀態(tài)下的正面及側(cè)面示意圖，據(jù)此完成 1～3 題。

太陽能電池板雙軸跟蹤裝置示意圖

1.相較于固定方式安裝太陽能板，該裝置可以

A.增加光照時(shí)長            B.擴(kuò)大光照面積

C.提高光照利用率           D.降低光照反射率

2.若在測試地正午啟動(dòng)該裝置，此時(shí)電機(jī)

A.A、B均旋轉(zhuǎn)             B.A、B均不旋轉(zhuǎn)

C.A旋轉(zhuǎn)、B不旋轉(zhuǎn)          D.A不旋轉(zhuǎn)、B旋轉(zhuǎn)

3.測試當(dāng)日，電機(jī)B最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度約為

A.23        B.43°        C.47°      D.67°

【參考答案】

1.C    2.D    3.C 

【參考資料】

[1]劉文貴 .  雙回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)太陽能雙軸跟蹤機(jī)構(gòu) :中國， 200920220825.9 [P].2010-06-30.

[2]王博林 .  太陽能電池板雙軸追蹤控制系統(tǒng)的研究 [D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué) , 2017.