物理
如图所示的新型小艇,由铺满船面的光伏太阳能电池板提供工作能源,依赖太阳能进行环球旅行.小艇上太阳能光伏板面积约为500m2,在阳光的照射下,通过太阳能板可以获得100kW的功率.这种小艇有两个相同的引擎,仅需20kW的牵引功率就能驱动单引擎,使小艇以18km/h的速度匀速行驶.用40kW的牵引功率驱动双引擎,能使小艇匀速行驶的速度高达30km/h.这种小艇采用密度较小,硬度大的新型材料制造,自重仅为9×104N,满载的排水量为60t. (1)太阳能光伏板工作时,是能转化为能.(2)这种小艇满载漂浮在海面上

2019-06-21

如图所示的新型小艇,由铺满船面的光伏太阳能电池板提供工作能源,依赖太阳能进行环球旅行.小艇上太阳能光伏板面积约为500m2,在阳光的照射下,通过太阳能板可以获得100kW的功率.
这种小艇有两个相同的引擎,仅需20kW的牵引功率就能驱动单引擎,使小艇以18km/h的速度匀速行驶.用40kW的牵引功率驱动双引擎,能使小艇匀速行驶的速度高达30km/h.
这种小艇采用密度较小,硬度大的新型材料制造,自重仅为9×104N,满载的排水量为60t.

(1)太阳能光伏板工作时,是______能转化为______能.
(2)这种小艇满载漂浮在海面上时,受到的浮力是______N.空载漂浮在海面上,排开海水的体积是______m3.(海水的密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(3)如果每天阳光照射太阳能电池板的时间为10h,获得的电能约为______kW•h,合______J.这些电能相当于完全燃烧______kg的焦炭释放的能量.(焦炭的热值取3.0×107J/kg)
(4)若引擎的电能转化为机械能的效率为80%.试求用20kW的电量驱动单引擎时,小艇受到的阻力大小.
(5)20kW的牵引功率驱动单引擎,小艇以18km/h的速度行驶.40kW的牵引功率驱动双引擎,小艇以30km/h的速度行驶,而不是以36km/h的速度行驶.这是为什么呢?请你提出一种合理的猜想.
优质解答
(1)太阳能电池在工作时,消耗光能产生电能,故是将光能转化为电能的装置;
(2)∵G=mg=6×104kg×10N/kg=6×105N
据阿基米德原理知,此时船满载时受浮力:
F=G=6×105N;
当空载时,由于轮船漂浮
F=G=ρgV=9×104N
故V=
F
ρg
=
104N
1000kg/m3×10N/kg
=9m3
(3)太阳光照射一天(日照时间为10h)可获得电能是W=Pt=100KW×10h=1000kw•h=3.6×109J
据公式Q=mq可得:m=
Q
q
=
3.6×109J
3.0×107J/kg
=120kg;
(4)P′=P×80%=20kW×80%=16000W,
P′=
W
t
=
Fs
t
=Fv,且V=18km/h=5m/s
∴牵引力:
F=
P′
v
=
16000W
5m/s
=3200N,
∵汽车匀速行驶,
∴f=F=3200N.
(5)小艇所受的阻力随着速度的变大而变大.
答:(1)太阳能电池是将光能转化为电能的装置;
(2)这种小艇满载漂浮在海面上时,受到的浮力是=6×105N.空载漂浮在海面上,排开海水的体积是9m3
(3)获得的电能约为 1000kW•h,合 3.6×109J.这些电能相当于完全燃烧120kg的焦炭释放的能量;
(4)小艇受到的阻力是3200N;(5)小艇所受的阻力随着速度的变大而变大.
(1)太阳能电池在工作时,消耗光能产生电能,故是将光能转化为电能的装置;
(2)∵G=mg=6×104kg×10N/kg=6×105N
据阿基米德原理知,此时船满载时受浮力:
F=G=6×105N;
当空载时,由于轮船漂浮
F=G=ρgV=9×104N
故V=
F
ρg
=
104N
1000kg/m3×10N/kg
=9m3
(3)太阳光照射一天(日照时间为10h)可获得电能是W=Pt=100KW×10h=1000kw•h=3.6×109J
据公式Q=mq可得:m=
Q
q
=
3.6×109J
3.0×107J/kg
=120kg;
(4)P′=P×80%=20kW×80%=16000W,
P′=
W
t
=
Fs
t
=Fv,且V=18km/h=5m/s
∴牵引力:
F=
P′
v
=
16000W
5m/s
=3200N,
∵汽车匀速行驶,
∴f=F=3200N.
(5)小艇所受的阻力随着速度的变大而变大.
答:(1)太阳能电池是将光能转化为电能的装置;
(2)这种小艇满载漂浮在海面上时,受到的浮力是=6×105N.空载漂浮在海面上,排开海水的体积是9m3
(3)获得的电能约为 1000kW•h,合 3.6×109J.这些电能相当于完全燃烧120kg的焦炭释放的能量;
(4)小艇受到的阻力是3200N;(5)小艇所受的阻力随着速度的变大而变大.
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