【題目】如圖為世界最大的太陽(yáng)能飛機(jī)“陽(yáng)光動(dòng)力2號(hào)”.該飛機(jī)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(zhì)量?jī)H與一輛小型汽車相差無(wú)幾.飛機(jī)上設(shè)有的通話、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備,可隨時(shí)保證飛機(jī)與地面的聯(lián)系.白天,飛機(jī)飛行高度達(dá)到海拔8500米,依靠?jī)梢砩习惭b的太陽(yáng)能電池板為直流電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,同時(shí)對(duì)鋰電池充電以保證夜間或陰雨天不間斷飛行.晚上,依靠?jī)?chǔ)存在鋰電池里的電能繼續(xù)飛行,并逐漸下降到1500米的高度,以減少能耗.飛機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表:

飛機(jī)凈/總質(zhì)量

2300/3600kg

發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率

54kw

鋰電池能量密度

0.25kwh/kg

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換效率

90%

鋰電池的總質(zhì)量

630kg

太陽(yáng)能電池效率

23%

(1)下列關(guān)于該飛機(jī)的說(shuō)法中,正確的是

A.飛機(jī)依靠超聲波與地面聯(lián)系

B.飛機(jī)升空的原理與氦氣飛艇相同

C.飛機(jī)的鋰電池質(zhì)量越大越好

D.表面使用的碳纖維具有強(qiáng)度大、密度小的特點(diǎn)

(2)飛機(jī)利用測(cè)距傳感器來(lái)判斷離地高度.若某測(cè)距傳感器的阻值R1與離地高度h的關(guān)系如圖乙所示,如圖丙的檢測(cè)電路采用了“穩(wěn)流電源”(電源輸出的電流恒定),要使高度表(實(shí)質(zhì)是電流表或電壓表)示數(shù)能隨飛行高度的增大而增大,則此高度表應(yīng)安裝在 (選填“1”、“2”或“3”)位置,該高度表示數(shù)刻度 (選填“均勻”或“不均勻”).

(3)若某次飛機(jī)夜間飛行消耗了鋰電池總儲(chǔ)存量的20%,則發(fā)動(dòng)機(jī)輸出了多少機(jī)械能?

(4)若飛機(jī)在最大功率下,正常巡航時(shí)速度為30m/s,則所受的阻力為多少?若飛機(jī)沿水平方向飛行過(guò)程中所受阻力與速度的平方成正比,在夜間飛行時(shí),為了節(jié)約能源,以15m/s速度沿水平方向運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率為多少?

(5)若是8500m高空處,飛機(jī)每秒每平方米接收的太陽(yáng)光能量平均值為500J,每天以10小時(shí)計(jì)算,為了保證能夠產(chǎn)生310kwh的電能,機(jī)翼的太陽(yáng)能電池總面積至少為多少?

【答案】(1)D;

(2)3;均勻;

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能為1.0206×108J;

(4)飛機(jī)在最大功率下,正常巡航時(shí)所受的阻力為1800N;

飛機(jī)以15m/s速度沿水平方向運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率為6750W;

(5)太陽(yáng)能電池總面積至少為269.5m2

【解析】

試題分析:(1)真空不能傳播聲音,電磁波可以在真空中傳播;飛機(jī)升空利用到流體壓強(qiáng),直升機(jī)靠空氣對(duì)螺旋槳產(chǎn)生向上的力升空;電池質(zhì)量大影響飛機(jī)承載量;制造飛機(jī)選擇的材料應(yīng)符合強(qiáng)度大,密度小的要求;

(2)檢測(cè)電路采用了“穩(wěn)流電源”由此知高度表應(yīng)是電壓表;結(jié)合圖丙分析高度表示數(shù)刻度是否均勻;

(3)由表格數(shù)據(jù)先計(jì)算出鋰電池儲(chǔ)存量,根據(jù)飛行消耗了鋰電池總儲(chǔ)存量的20%,和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換效率計(jì)算發(fā)電機(jī)輸出的機(jī)械能;

(4)根據(jù)P===Fv,計(jì)算出飛行時(shí)推力從而得到阻力大;根據(jù)阻力與速度平方成正比,計(jì)算15m/s速度沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率;

(5)由參數(shù)知,每天需要產(chǎn)生的電能為310kWh,8500m高空處飛機(jī)每秒每平方米接收的太陽(yáng)光能量平均值為500J,太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為23%,

可得關(guān)系式500J/(sm2)×S×t×23%=310×3.6×106J,據(jù)此求所需的太陽(yáng)能電池板的面積.

解:

(1)A、真空不能傳播聲音,電磁波可以在真空中傳播,所以飛機(jī)不能依靠超聲波與地面聯(lián)系,而是依靠電磁波.故A錯(cuò)誤;

B、快速運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)利用機(jī)翼上下表面的空氣壓強(qiáng)差而產(chǎn)生向上的壓力差升空;直升機(jī)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)空氣產(chǎn)生向下的力,由于力的作用是相互的,空氣對(duì)它產(chǎn)生向上的力而升空.故B錯(cuò)誤;

C、飛機(jī)的鋰電池質(zhì)量越大,飛機(jī)的載貨量越小,不符合實(shí)際,故C錯(cuò)誤;

D、飛機(jī)表面使用的碳纖維強(qiáng)度大,承載力大,密度小的可減小飛機(jī)質(zhì)量,故D正確.

(2)由題檢測(cè)電路電源輸出的電流恒定,高度表示數(shù)能隨飛行高度的增大而增大,所以高度計(jì)應(yīng)是電壓表,由丙說(shuō)明R1高度h成一次函數(shù)關(guān)系,所以電壓表應(yīng)與R1并聯(lián),由U=IR1知電壓表(高度表)示數(shù)是均勻;

(3)由表格數(shù)據(jù)可知:飛機(jī)的鋰電池總的儲(chǔ)存能量:

W=0.25kWh/kg×630kg=157.5kWh,

飛機(jī)飛行消耗了鋰電池總儲(chǔ)存量的20%,發(fā)電機(jī)輸出的機(jī)械能:

W機(jī)=20%×90%×157.5kWh=28.35kWh=28.35×3.6×106J=1.0206×108J;

(4)P===Fv,

飛機(jī)在最大功率下,以30m/s的速度沿水平方向正常巡航時(shí),所受的阻力:

f1=F1===1.8×103N;

飛機(jī)沿水平方向飛行過(guò)程中所受阻力與速度成正比,即:=,

則當(dāng)飛機(jī)以15m/s速度沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的推力:

F2=f2===450N,

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率:P2=F2v2=450N×15m/s=6750W;

(5)設(shè)機(jī)翼太陽(yáng)能電池的總面積為S.根據(jù)題意得:

W=500J/sm2×10×3600s×S×23%=310×3.6×106J,

解得S=269.5m2

答:

(1)D;

(2)3;均勻;

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能為1.0206×108J;

(4)飛機(jī)在最大功率下,正常巡航時(shí)所受的阻力為1800N;

飛機(jī)以15m/s速度沿水平方向運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率為6750W;

(5)太陽(yáng)能電池總面積至少為269.5m2

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