Question

（2012?海安縣模擬）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(jìn)行環(huán)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(gè)相同的引擎，僅需20kW的牽引功率就能驅(qū)動(dòng)單引擎，使小艇以18km/h的速度勻速行駛．用40kW的牽引功率驅(qū)動(dòng)雙引擎，能使小艇勻速行駛的速度高達(dá)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(shí)，是

光

能轉(zhuǎn)化為

電

能．
（2）這種小艇滿載漂浮在海面上時(shí)，受到的浮力是

6×10⁵N

N．空載漂浮在海面上，排開海水的體積是

9

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(shí)間為10h，獲得的電能約為

1000

kW?h，合

3.6×10⁹

J．這些電能相當(dāng)于完全燃燒

120

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(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%．試求用20kW的電量驅(qū)動(dòng)單引擎時(shí)，小艇受到的阻力大小．
（5）20kW的牽引功率驅(qū)動(dòng)單引擎，小艇以18km/h的速度行駛．40kW的牽引功率驅(qū)動(dòng)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

分析：（1）據(jù)太陽能電池在工作時(shí)消耗哪種形式的能，產(chǎn)生哪種形式的能即可判斷該過程中的能量轉(zhuǎn)化；
（2）據(jù)阿基米德原理可知，知道排水量可求船滿載時(shí)受浮力；當(dāng)空載時(shí)，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(jié)合阿基米德原理原理可求出浸入水中的體積；
（3）據(jù)該電池板的功率和時(shí)間，據(jù)公式W=Pt能計(jì)算出該電池板所獲得 的電能；在據(jù)公式Q=mq可計(jì)算出煤炭的質(zhì)量；
（4）知道電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，可求電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的有用功率，再利用P=

W

t

=

Fs

t

=Fv求牽引力大小，進(jìn)而根據(jù)二力平衡的條件求阻力大��；
（5）據(jù)已有的實(shí)際知識(shí)基礎(chǔ)分析即可提出猜想．

解答：解：（1）太陽能電池在工作時(shí)，消耗光能產(chǎn)生電能，故是將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；
（2）∵G_排=m_排g=6×10⁴kg×10N/kg=6×10⁵N
據(jù)阿基米德原理知，此時(shí)船滿載時(shí)受浮力：
F_浮=G_排=6×10⁵N；
當(dāng)空載時(shí)，由于輪船漂浮
F_浮=G_船=ρgV_排=9×10⁴N
故V=

F浮

ρg

=

9×104N

1000kg/m3×10N/kg

=9m³．
（3）太陽光照射一天（日照時(shí)間為10h）可獲得電能是W=Pt=100KW×10h=1000kw?h=3.6×10⁹J
據(jù)公式Q=mq可得：m=

Q

q

=

3.6×109J

3.0×107J/kg

=120kg；
（4）P′=P_電×80%=20kW×80%=16000W，
P′=

W

t

=

Fs

t

=Fv，且V=18km/h=5m/s
∴牽引力：
F=

P′

v

=

16000W

5m/s

=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(zhuǎn)化為電能的裝置；
（2）這種小艇滿載漂浮在海面上時(shí)，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(dāng)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(diǎn)評：本題考查了能量的轉(zhuǎn)化、浮力的計(jì)算、熱量的計(jì)算、功率的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，雖然難度不大，但綜合性強(qiáng)，屬于難題，要細(xì)心處理！