Question

9．如圖所示的新型小艇，由鋪滿船面的光伏太陽能板提供工作能源，依賴太陽能進行環(huán)球旅行．
小艇上太陽能光伏板面積約為500m²，在陽光的照射下，通過太陽能板可以獲得100kW的電量．
這種小艇有兩個相同的引擎，僅需20kW的電量驅(qū)動單引擎，就能以18km/h的速度勻速行駛．用40kW的電量驅(qū)動雙引擎，小艇勻速行駛的速度高達30km/h．
這種小艇采用密度較小，硬度大的新型材料制造，自重僅為9×10⁴N，滿載的排水量為60t．
（1）太陽能光伏板工作時，是太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）這種小艇滿載漂浮在海面上時，受到浮力是6×10⁵N．空載漂浮在海面上，排開海水的體積是9m³．（海水的密度取1.0×10³kg/m³，g取10N/kg）
（3）如果每天陽光照射太陽能電池板的時間為10h，獲得的電能約為1000kW•h．這些電能相當于完全燃燒120kg的焦炭釋放的能量．（焦炭的熱值取3.0×10⁷J）
（4）若引擎的電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率為80%．試求用20kW的電量驅(qū)動單引擎時，小艇受到的阻力為多少N．

Answer 1

分析 （1）太陽能光伏板工作時，把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能；、
（2）據(jù)阿基米德原理可知，知道排水量可求艇滿載時受浮力；當空載時，由于艇在水中漂浮，故其所受的浮力等于其自身的重力，故再結(jié)合阿基米德原理原理可求出浸入水中的體積；
（3）已知電池板的功率和時間，據(jù)公式W=Pt能計算出該電池板所獲得的電能；在據(jù)公式Q=mq可計算出煤炭的質(zhì)量；
（4）知道電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率，可求電能轉(zhuǎn)化為機械能的有用功率，再利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求牽引力大小，進而根據(jù)二力平衡的條件求阻力大�。�

解答 解：
（1）太陽能光伏電池是直接利用太陽光照射直接轉(zhuǎn)化為電能，因此此過程是太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）滿載的排水量為60t，
由阿基米德原理知，艇滿載時受浮力：
F_浮=G_排=m_排g=60×10³kg×10N/kg=6×10⁵N；
當空載時，由于艇漂浮，則F_浮′=G_艇=9×10⁴N，
由F_浮′=ρgV_排可得，排開海水的體積：
V=$\frac{{F}_{浮}′}{ρg}$=$\frac{9×1{0}^{4}N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=9m³．
（3）太陽光照射一天（日照時間為10h）可獲得電能是：
W=Pt=100kW×10h=1000kW•h=3.6×10⁹J，
由題知Q=W，由Q=mq可得焦炭質(zhì)量：
m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{3.6×1{0}^{9}J}{3.0×1{0}^{7}J/kg}$=120kg；
（4）引擎的電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率為80%，
用20kW的電量驅(qū)動單引擎時，牽引力做功的功率：
P′=P_電×80%=20kW×80%=16kW=16000W，
由題知v=18km/h=5m/s，
由P′=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得牽引力：
F=$\frac{P′}{v}$=$\frac{16000W}{5m/s}$=3200N，
因為小艇勻速行駛，牽引力與阻力是一對平衡力，
所以小艇受到的阻力：f=F=3200N．
故答案為：（1）太陽；電；（2）6×10⁵；9；（3）1000；120；
（4）用20kW的電量驅(qū)動單引擎時，小艇受到的阻力為3200N．

點評 本題考查了能量的轉(zhuǎn)化、浮力的計算、熱量的計算、功率的計算等知識點，雖然難度不大，但綜合性強，屬于難題，要細心處理！