Question

16．今年2號9日全球最大太陽能飛機“陽光動力”2號從阿聯(lián)酋 首都阿布扎比起飛，開始首次環(huán)球飛行，“陽光動力”2號起飛后，將向東飛行，途經(jīng)阿拉伯海、印度、緬甸、中國、太平洋、美國、大西洋、南歐和北非，最后今年7月返回阿布扎比．“陽光動力”2號環(huán)球飛行總里程為3.5萬公里，共停留12個城市，包括中國的重慶和南京．預計3月19日到達重慶，隨后飛往南京．“陽光動力2號”的機翼內(nèi)置1.7萬塊太陽能電池，負責為4臺電動機提供電量．白天，太陽能電池給電池充電，允許飛機在夜間飛行．飛機在日間飛行時可能攀升至8500米的高度極限，夜間飛行時逐漸下降至約1500米．這架單座太陽能飛機核心部分太陽能電池的能量轉化效率約為22%，能為飛機提供65千瓦的峰值功率．經(jīng)過飛機制造團隊的優(yōu)化，電池可以輸出15千瓦的穩(wěn)定功率．飛機每臺電動機的電壓為150V，每臺電動機線圈電阻為1Ω．問：
（1）飛機從南京起飛后飛躍太平洋要連續(xù)飛行5天5夜，每臺電動機消耗多少電能？
（2）飛機飛行時的平均速度為108千米/小時，四臺電動機對飛機產(chǎn)生的牽引力為多少？
（3）飛機在日間飛行時可能攀升至8500米的高度極限，夜間飛行時逐漸下降至約1500米利用風力滑翔，請你從能量的角度解釋原因．

Answer 1

分析 （1）已知電池可以輸出15千瓦的穩(wěn)定功率和時間，利用P=$\frac{W}{t}$可求得每臺電動機消耗多少電能；
（2）由P=UI可求得總電流，然后可知每臺電動機的電流，根據(jù)P_熱=I²R求得其發(fā)熱功率，然后可求得電動機的功率，再利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可求得四臺電動機對飛機產(chǎn)生的牽引力；
（3）從節(jié)約電能的角度分析．

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，4臺電動機消耗電能：W_總=P_總t=15kW×5×24h=1800kW•h，
則每臺電動機消耗電能：W=$\frac{{W}_{總}}{4}$=$\frac{1800kW•h}{4}$=450kW•h；
（2）由P=UI可知，I_總=$\frac{{P}_{總}}{U}$=$\frac{15000W}{150V}$=100A，
I=$\frac{{I}_{總}}{4}$=$\frac{100A}{4}$=25A，
P_熱=I²R=（25A）²×1Ω=625W，
P_機=P_總-P_熱=15000W-4×625 W=12500W，
v=108km/h=30m/s，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，四臺電動機對飛機產(chǎn)生的牽引力：
F=$\frac{{P}_{機}}{v}$=$\frac{12500W}{30m/s}$=417N．
（3）夜間沒有光照，飛機從高處下降，將勢能轉化為動能，利用動能滑翔可以節(jié)約電能．
答：（1）飛機從南京起飛后飛躍太平洋要連續(xù)飛行5天5夜，每臺電動機消耗450kW•h電能；
（2）飛機飛行時的平均速度為108千米/小時，四臺電動機對飛機產(chǎn)生的牽引力為417N；
（3）夜間沒有光照，飛機從高處下降，將勢能轉化為動能，利用動能滑翔可以節(jié)約電能．

點評 此題考查了電功的計算，功率的計算、功的計算，太陽能的利用等多個知識點，是一道綜合性較強的題目．