Question

3．閱讀短文，解答問題．
如圖甲所示是我國第一艘太陽能混合動力游船“尚德國盛號”．其最具特色的太陽翼采用高效晶硅異型太陽能電池板拼裝而成，整艘船最多可容納170位旅客，排水量為60噸．“尚德國盛號”駕駛室里有-個GPS（全球衛星定位系統）接收器裝置，全船照明均采用節能型燈泡及LED燈，大大降低能源損耗，“尚德國盛號”年發電量可達1.7×10⁴ kW•h，相當于每年節約標準煤約6.2×10³kg，每年可減少二氧化碳排放量約15.7t．

（1）衛星通過發射電磁波向GPS接收器傳送信息．
（2）如果該船滿載乘客從東海駛入黃浦江，游船所受到的浮力將不變，船體排開水的體積將增大 （選填“減小”、“增大”或“不變”）．（已知ρ_海水＞ρ_江水）．
（3）太陽能清潔無污染；LED燈可以將電能直接轉化為光能，小明對LED燈很感興趣，拆開了自己新買的LED節能手電筒，發現燈頭里有2只相同規格的LED燈泡．請你幫小明判斷一下2只LED燈泡是怎樣連接的，寫出判斷方法．擰去一只LED燈泡，觀察另一燈是否發光，如發光則是并聯，如不發光則為串聯．
（4）某次運行中游船以300kW的恒定功率啟動并保持該恒定功率沿直線運行，行駛過程中所受阻力不變，速度由零逐漸增大至最大值而保持勻速直線運動．運動過程中牽引力F與速度的倒數（$\frac{1}{v}$）的關系圖線如圖乙中的實線所示，則游船運動的最大速度為5m/s，游船運行過程中所受阻力為6×10⁴N．
（5）若僅采用標準煤給“尚德國盛號”提供電能，為使其仍達到現行的年發電量，求完全燃燒標準煤產生的內能轉化成電能的效率是32.9%．（已知標準煤的熱值為3.0×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）GPS接收器接收的是電磁波．
（2）船滿載乘客從東海駛入黃浦江，都是漂浮，根據物體的漂浮條件確定受到的浮力變化情況，然后根據阿基米德原理判斷船體排開水體積的變化；
（3）根據用電器是否獨立工作、互不影響判斷兩LED燈泡的串并聯；
（4）游船以恒定功率沿直線運行時，根據P=Fv可知牽引力最小時游船運動的速度最大并結合乙圖得出其大小，再根據P=Fv求出受到的牽引力，利用二力平衡條件求出受到的阻力；
（5）根據Q=mq求出完全燃燒6.2×10³kg標準煤產生的內能，把電能的單位換算成焦耳，然后利用效率公式求出完全燃燒標準煤產生的內能轉化成電能的效率．

解答 解：（1）GPS接收器通過接收衛星發射的導航信號，實現對車輛的精確定位并導航．衛星向GPS接收器傳送信息依靠的是電磁波．
（2）船滿載乘客從東海駛入黃浦江，都是漂浮，受到的浮力都等于船和乘客總重，受到的浮力不變；
因海水的密度大于河水的密度，所以根據F_浮=ρ_液gV_排可知，船體排開水的體積將增大．
（3）兩LED燈泡能獨立工作、互不影響時為并聯，否則為串聯，所以可以擰去一只LED燈泡，觀察另一燈是否發光，如發光則是并聯，如不發光則為串聯；
（4）游船以恒定功率沿直線運行時，牽引力最小時，輪船運動的速度最大，
由圖乙可知，$\frac{1}{v}$=0.2m^-1•s，即v=5m/s；
最大速度時，受到的牽引力：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{300×1{0}^{3}W}{5m/s}$=6×10⁴N，
因為輪船勻速直線運動時，受到的阻力和牽引力是一對平衡力，
所以f=F=6×10⁴N．
（5）完全燃燒6.2×10³kg標準煤產生的內能：
Q=mq=6.2×10³kg×3.0×10⁷J/kg=1.86×10¹¹J，
每年的發電量：
W=1.7×10⁴ kW•h=1.7×10⁴×3.6×10⁶J=6.12×10¹⁰J，
轉化效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{6.12×1{0}^{10}J}{1.86×1{0}^{11}J}$×100%≈32.9%．
故答案為：
（1）電磁波；
（2）不變；增大；
（3）擰去一只LED燈泡，觀察另一燈是否發光，如發光則是并聯，如不發光則為串聯；
（4）5；6×10⁴；
（5）完全燃燒標準煤產生的內能轉化成電能的效率約為32.9%．

點評 本題考查了學生對物體的漂浮條件、阿基米德原理、電路串并聯的辨別、功率公式、二力平衡條件、信息的傳播和能源的分類等，知識點多、綜合性強，屬于難題．