Question

17．太陽能飛機
4月21日．世界最大的“陽光動力2號”（如圖甲）飛抵南京，該的表面使用一種碳纖維材料，其承載能力要比一般材料更好，但質量僅與一輛小型汽車相差無幾．飛機上設有的通話、網絡等設備，可隨時保證飛機與地面的聯系．白天，飛機飛行高度達到海拔8500米，依靠兩翼上安裝的太陽能電池板為直流電動機提供動力，同時對鋰電池充電以保證夜間或陰雨天不間斷飛行．晚上，依靠儲存在鋰電池里的電能繼續飛行，并逐漸下降到1500米的高度，以減少能耗．飛機的有關技術參數如表：

飛機凈/總質量	2300/3600kg	發動機最大功率	54kW
鋰電池能量密度	0.25kw•h/kg	發動機轉換效率	90%
鋰電池的總質量	630kg	----------

（1）太陽能飛機長航過程中所進行的主要能量轉化順序是太陽能轉化電能再轉化為機械能．
（2）飛機在最大功率下以30m/s的速度沿水平方向勻速巡航時，所受的阻力為1.8×10³N．
（3）電池充滿電后，可供發電機以最大功率持續工作2.6h．
（4）在正確解答了第（3）問后，你認為飛機可能是如何在不耗油的情況下實現夜間長時間飛行的？答：降低飛行高度，減小能耗．

Answer 1

分析 （1）太陽能電池是將太陽能轉化為電能的裝置；
（2）根據P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，計算出飛行時推力從而得到阻力大小；
（3）根據表格數據計算飛機電池儲存電能，由W=Pt計算以最大功率持續工作時間；
（4）根據白天盡可能多的將太陽能轉化為電能，晚上借助高空到低空過程滑翔節約電能角度分析說明

解答 解：
（1）太陽能飛機長航過程中將太陽轉化為電能，為飛機飛行提供能量，即再將電能轉為機械能，所進行的主要能量轉化順序是：太陽能轉化電能再轉化為機械能；
（2）由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可知，
飛機在最大功率下，以30m/s的速度沿水平方向正常巡航時，所受的阻力：
f₁=F₁=$\frac{{P}_{最大}}{v}$=$\frac{54×1{0}^{3}W}{30m/s}$=1.8×10³N；
（3）由表格數據電池充滿電儲存的電能：
W=0.25kw•h/kg×630kg=157.5kw•h，
發動機轉換效率90%，所以電池充滿電后，可供發電機以最大功率持續工作時間：
t=$\frac{90%W}{{P}_{最大}}$=$\frac{90%×157.5kW•h}{54kW}$≈2.6h；
（4）白天在高海拔處飛行，光照強度大，太陽能電池板能將更多的太陽能轉化為電能，晚上由高海拔向低海拔飛行過程中飛機可以靠滑翔下降，這樣能節約能量．
故答案為：（1）太陽能轉化電能再轉化為機械能；（2）1.8×10³；（3）2.6；（4）降低飛行高度，減小能耗．

點評 本題考查了能量轉化、功率計算等，涉及的知識點多，綜合性強，有一定難度．要能正確理解題意才能順利解題．