Question

7．閱讀短文，回答問題．
如圖1所示是一艘智能太陽能混合動力游船，它的動力系統(tǒng)由太陽能電池組和柴油發(fā)電機(jī)組組成．游船照明采用節(jié)能燈和LED燈．船滿載時的排水量為60t．航行中，船載能量管理系統(tǒng)按下表中航行速度要求自動識別并切換動力系統(tǒng)．船的航行速度簡稱航速，單位為“節(jié)”，用kn表示．

航速/kn	供電模式	動力系統(tǒng)	最大功率/kW
0～4	純電池	太陽能電池組
4～8	柴　電	柴油發(fā)電機(jī)	300

（1）太陽能是可再生能源（選填“可再生”或“不可再生”）；船在采用純電池模式航行時，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．
（2）游船滿載時，所受的浮力為6×10⁵N；當(dāng)部分游客下船后，船底受到水的壓強(qiáng)將減�。ㄟx填“增大”、“減小”或“不變”）．（g取10N/kg）
（3）船上照明電路中用到了恒流電阻，它的電流與電壓關(guān)系如圖所示．當(dāng)恒流電阻兩端的電壓由0V增大到4V的過程中，它的電阻增大（選填“不變”、“減小”或“增大”）．若將它與一只標(biāo)有“3.2V  0.3A”的LED（發(fā)光二極管）一起接到電壓為4V的電源上，要使LED正常工作，則應(yīng)將它們串聯(lián)到電路中；若該電路中的電源電壓可調(diào)，則電源電壓在3.2V～7.2V范圍內(nèi)變化，它們都能正常工作．
（4）已知船航行時，所受的阻力與航速的平方成正比．若在柴電和純電池供電模式下，游船以最大航速航行時所受的阻力分別為f₁、f₂，則f₁與f₂的比值是4：1；當(dāng)游船以純電池模式航行時，動力系統(tǒng)的最大功率是37.5kW．（設(shè)船做勻速直線運(yùn)動）

Answer 1

分析 （1）能源源不斷從自然界獲得的能源是可再生能源，不能源源不斷從自然界獲得的能源是不可再生能源；電流做功的實質(zhì)是消耗電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能；
（2）根據(jù)阿基米德原理求出游船滿載時所受的浮力，當(dāng)部分游客下船后，游船仍漂浮，根據(jù)物體浮沉條件可知受到浮力的變化，根據(jù)F_浮=ρgV_排可知排開水體積的變化，進(jìn)一步判斷船底所處深度的變化，根據(jù)p=ρgh可知，船底受到水的壓強(qiáng)變化；
（3）由圖象可知，當(dāng)恒流電阻兩端的電壓增大時通過的電流不變，根據(jù)歐姆定律可知其阻值的變化；電源的電壓大于LED燈的額定電壓時，要使燈泡正常發(fā)光應(yīng)串聯(lián)一個電阻分壓；LED正常發(fā)光時的電流為0.3A，由圖2可知恒流電阻對于的電壓變化范圍，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出電源電壓變化范圍；
（4）由表格數(shù)據(jù)可知在柴電和純電池供電模式下的最大航速，根據(jù)“船航行時，所受的阻力與航速的平方成正比”求出f₁與f₂的比值，船做勻速直線運(yùn)動時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出兩種情況下動力系統(tǒng)的最大功率之比，然后得出答案．

解答 解：（1）太陽能可以源源不斷的獲得，是可以再生的，故它是可再生能源；
船在采用純電池模式航行時，消耗電能，產(chǎn)生機(jī)械能，所以是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程；
（2）由阿基米德原理可知，游船滿載時，所受的浮力：
F_浮=G_排=m_排g=60×10³kg×10N/kg=6×10⁵N；
因游船始終漂浮，受到的浮力和自身的重力相等，
所以，當(dāng)部分游客下船后，游船受到的浮力減小，
由F_浮=ρgV_排可知，排開水的體積減小，船底所處的深度減小，
由p=ρgh可知，船底受到水的壓強(qiáng)將減�。�
（3）由圖象可知，當(dāng)恒流電阻兩端的電壓由0V增大到4V的過程中，電阻兩端的電壓增大時通過的電流不變，
由I=$\frac{U}{R}$的變形式R=$\frac{U}{I}$可知，恒流電阻的阻值增大；
LED燈正常發(fā)光時的電壓為3.2V，用4V的電源給LED供電時，要使其正常發(fā)光應(yīng)與恒流電阻串聯(lián)分壓；
LED正常發(fā)光時的電壓為3.2V，通過的電流為0.3A，
由圖2可知，通過恒流電阻的電流為0.3A時，其兩端的電壓范圍為0～4V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電源的電壓變化范圍為3.2V～7.2V；
（4）由表格數(shù)據(jù)可知，在柴電供電模式下的最大航速v₁=8kn，在純電池供電模式下的最大航速v₂=4kn，
因船航行時，所受的阻力與航速的平方成正比，
所以，$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$=（$\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$）²=（$\frac{8kn}{4kn}$）²=$\frac{4}{1}$，
因船做勻速直線運(yùn)動時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，
所以，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，兩種情況下動力系統(tǒng)的最大功率之比：
$\frac{{P}_{1}}{{P}_{2}}$=$\frac{{F}_{1}{v}_{1}}{{F}_{2}{v}_{2}}$=$\frac{{f}_{1}{v}_{1}}{{f}_{2}{v}_{2}}$=$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$×$\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$=$\frac{4}{1}$×$\frac{8kn}{4kn}$=$\frac{8}{1}$，
則游船以純電池模式航行時，動力系統(tǒng)的最大功率：
P₂=$\frac{1}{8}$P₁=$\frac{1}{8}$×300kW=37.5kW．
故答案為：（1）可再生；電；機(jī)械；（2）6×10⁵；減小；（3）增大；串；3.2V～7.2V；（4）4：1；37.5．

點評 本題考查了能源的分類、能量的轉(zhuǎn)化、阿基米德原理、物體浮沉條件、液體壓強(qiáng)公式、歐姆定律、串聯(lián)電路的特點、功率公式以及二力平衡條件的應(yīng)用等，涉及到的知識點較多，綜合性強(qiáng)，從題干中獲取有用的信息是關(guān)鍵，有一定的難度．