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,太阳能光伏板面积约500m2,在阳光照射下,通过太阳能板可以获得100kW的功率.小艇材料密度较小,硬度较大,自重仅为9×104N,满载的排水量为60t.
(1)太阳能光伏板工作时能量转化为________;
(2)小艇满载漂浮在海面上受到的浮力是多少?所装货物重多少?(g取10N/kg)
(3)若每天阳光照射太阳能电池板10h,获得的电能为多少kW?h?
(4)若引擎电能转化为机械能的效率为80%,用20kW的功率驱动时,小艇以18km/h匀速行驶时受到的阻力是多少?
(5)这种小艇有两个相同的引擎,用20kW的牵引功率驱动单引擎,小艇以18km/h的速度行驶;用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.
解:(1)太阳能光伏板工作时,太阳能转化为电能.
(2)F浮=G排=m排g=6×104kg×10N/kg=6×105N,
因为漂浮,所以F浮=G船+G货,
G货=F浮-G船=6×105N-9×104N=5.1×105N.
(3)W=Pt=100kW×10h=1000kW?h.
(4)η===,
∴P机=80%P电=80%×20kW=1.6×104W,
v=18km/h=5m/s,
∵匀速,P=Fv,
∴f=F===3200N.
答:(1)太阳能光伏板工作时能量转化为电能;
(2)小艇满载漂浮在海面上受到的浮力是6×105N,所装货物重5.1×105N.
(3)若每天阳光照射太阳能电池板10h,获得的电能为1000kW?h.
(4)若引擎电能转化为机械能的效率为80%,用20kW的功率驱动时,小艇以18km/h匀速行驶时受到的阻力是3200N.
(5)答:功率增大为原来的二倍,速度没有增大到原来的二倍,是因为小艇所受的阻力随速度的增大而增大.
(1)太阳能电池板将太阳能转化为电能.
(2)明确满载排水量的含义,排水量是小艇满载时排开水的质量,求出排开水的重力,根据阿基米德求出小艇满载时受到的浮力,根据漂浮条件求出小艇满载时,的重力,知道小艇的自重,求出小艇所装货物的重力.
(3)知道太阳能板的功率,知道照射时间,根据W=Pt求出获得的电能.
(4)知道电能和机械能转化的效率,又知道电功率,求出机械功率,又知道小艇速度,根据F=求出牵引力,根据二力平衡条件求出小艇受到的阻力.
(5)相同条件下,物体的运动速度越快,物体受到的阻力越大.
点评:由于能源的紧缺,太阳能在生活中有广泛的应用,随之出现的习题也在增多,本题通过新型小艇考查了能量的转化、阿基米德原理、二力平衡、功率、效率、漂浮条件,综合性很强,有一定的难度.