Question

如圖所示的新型小艇，由鋪滿船面的光伏太陽能電池板提供工作能源，依賴太陽能進行環球旅行．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的功率．
這種小艇有兩個相同的引擎，僅需20kW的牽引功率就能驅動單引擎，使小艇以18km/h的速度勻速行駛．用40kW的牽引功率驅動雙引擎，能使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______能轉化為______能．
（2）這種小艇滿載漂浮在海面上時，受到的浮力是______N．空載漂浮在海面上，排開海水的體積是______m³．（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______kW?h，合______J．這些電能相當于完全燃燒______kg的焦炭釋放的能量．（焦炭的熱值取3.0×10⁷J/kg）
（4）若引擎的電能轉化為機械能的效率為80%．試求用20kW的電量驅動單引擎時，小艇受到的阻力大小．
（5）20kW的牽引功率驅動單引擎，小艇以18km/h的速度行駛．40kW的牽引功率驅動雙引擎，小艇以30km/h的速度行駛，而不是以36km/h的速度行駛．這是為什么呢？請你提出一種合理的猜想．

Answer 1

【答案】分析：（1）據太陽能電池在工作時消耗哪種形式的能，產生哪種形式的能即可判斷該過程中的能量轉化；
（2）據阿基米德原理可知，知道排水量可求船滿載時受浮力；當空載時，由于輪船在水中漂浮，故其所受的浮力等于其自身的重力，故再結合阿基米德原理原理可求出浸入水中的體積；
（3）據該電池板的功率和時間，據公式W=Pt能計算出該電池板所獲得 的電能；在據公式Q=mq可計算出煤炭的質量；
（4）知道電能轉化為機械能的效率，可求電能轉化為機械能的有用功率，再利用P===Fv求牽引力大小，進而根據二力平衡的條件求阻力大小；
（5）據已有的實際知識基礎分析即可提出猜想．
解答：解：（1）太陽能電池在工作時，消耗光能產生電能，故是將光能轉化為電能的裝置；
（2）∵G_排=m_排g=6×10⁴kg×10N/kg=6×10⁵N
據阿基米德原理知，此時船滿載時受浮力：
F_浮=G_排=6×10⁵N；
當空載時，由于輪船漂浮
F_浮=G_船=ρgV_排=9×10⁴N
故V===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
據公式Q=mq可得：m===120kg；
（4）P′=P_電×80%=20kW×80%=16000W，
P′===Fv，且V=18km/h=5m/s
∴牽引力：
F===3200N，
∵汽車勻速行駛，
∴f=F=3200N．
（5）小艇所受的阻力隨著速度的變大而變大．
答：（1）太陽能電池是將光能轉化為電能的裝置；
（2）這種小艇滿載漂浮在海面上時，受到的浮力是=6×10⁵N．空載漂浮在海面上，排開海水的體積是9m³；
（3）獲得的電能約為 1000kW?h，合 3.6×10⁹J．這些電能相當于完全燃燒120kg的焦炭釋放的能量；
（4）小艇受到的阻力是3200N；（5）小艇所受的阻力隨著速度的變大而變大．
點評：本題考查了能量的轉化、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！