Question

10．如圖所示的新型小艇，由鋪滿(mǎn)船面的光伏太陽(yáng)能電池板提供工作能源，依賴(lài)太陽(yáng)能進(jìn)行環(huán)球旅行．小艇上太陽(yáng)能光伏板面積約為500m²，在陽(yáng)光的照射下，通過(guò)太陽(yáng)能板可以獲得100kW的功率．這種小艇有兩個(gè)相同的引擎，僅需20kW的牽引功率就能驅(qū)動(dòng)單引擎，使小艇以18km/h的速度勻速行駛．用40kW的牽引功率驅(qū)動(dòng)雙引擎，能使小艇勻速行駛的速度高達(dá)30km/h．這種小艇采用密度較小，硬度大的新型材料制造，滿(mǎn)載的排水量為60t．
（1）太陽(yáng)能光伏板工作時(shí)，是光能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）如果每天陽(yáng)光照射太陽(yáng)能電池板的時(shí)間為10h，獲得的電能為多少？這些電能相當(dāng)于完全燃燒多少千克的焦炭釋放的能量？（焦炭的熱值取3.0×10⁷J/kg）
（3）若引擎的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%．試求用20kW的功率驅(qū)動(dòng)單引擎時(shí)，小艇受到的阻力大小．

Answer 1

分析 （1）據(jù)太陽(yáng)能電池在工作時(shí)消耗哪種形式的能，產(chǎn)生哪種形式的能即可判斷該過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化；
（2）據(jù)該電池板的功率和時(shí)間，據(jù)公式W=Pt能計(jì)算出該電池板所獲得的電能；再根據(jù)公式Q=mq可計(jì)算出焦炭的質(zhì)量；
（3）知道電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，可求電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的有用功率，再利用P=Fv求牽引力大小，進(jìn)而根據(jù)二力平衡的條件求阻力大�。�

解答 解：
（1）太陽(yáng)能電池在工作時(shí)，消耗光能產(chǎn)生電能，故是將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；
（2）太陽(yáng)光照射一天（日照時(shí)間為10h）可獲得電能：
W=Pt=100kW×10h=1000kW•h=3.6×10⁹J，
由題知，Q_放=W=3.6×10⁹J，
由Q_放=mq可得需要焦炭的質(zhì)量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{3.6×1{0}^{9}J}{3.0×1{0}^{7}J/kg}$=120kg；
（3）電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的有用功率：
P_有用=P_電×80%=20kW×80%=16kW=16000W，
小艇速度v=18km/h=18×$\frac{1}{3.6}$m/s=5m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得牽引力：
F=$\frac{{P}_{有用}}{v}$=$\frac{16000W}{5m/s}$=3200N，
因?yàn)樾⊥�勻速行駛�?br />所以小艇受到的阻力：
f=F=3200N．
故答案為：
（1）光；電；
（2）獲得的電能約為1000kW•h，相當(dāng)于完全燃燒120kg的焦炭釋放的能量；
（3）小艇受到的阻力是3200N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了能量的轉(zhuǎn)化、熱量的計(jì)算、功率的計(jì)算、二力平衡條件等知識(shí)點(diǎn)，雖然難度不大，但綜合性強(qiáng)，屬于難題，要細(xì)心處理！