Question

10．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，满载的排水量为60t．
（1）太阳能光伏板工作时，是光能转化为电能．
（2）如果每天阳光照射太阳能电池板的时间为10h，获得的电能为多少？这些电能相当于完全燃烧多少千克的焦炭释放的能量？（焦炭的热值取3.0×10⁷J/kg）
（3）若引擎的电能转化为机械能的效率为80%．试求用20kW的功率驱动单引擎时，小艇受到的阻力大小．

Answer 1

分析 （1）据太阳能电池在工作时消耗哪种形式的能，产生哪种形式的能即可判断该过程中的能量转化；
（2）据该电池板的功率和时间，据公式W=Pt能计算出该电池板所获得的电能；再根据公式Q=mq可计算出焦炭的质量；
（3）知道电能转化为机械能的效率，可求电能转化为机械能的有用功率，再利用P=Fv求牵引力大小，进而根据二力平衡的条件求阻力大小．

解答 解：
（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）太阳光照射一天（日照时间为10h）可获得电能：
W=Pt=100kW×10h=1000kW•h=3.6×10⁹J，
由题知，Q_放=W=3.6×10⁹J，
由Q_放=mq可得需要焦炭的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{3.6×1{0}^{9}J}{3.0×1{0}^{7}J/kg}$=120kg；
（3）电能转化为机械能的有用功率：
P_有用=P_电×80%=20kW×80%=16kW=16000W，
小艇速度v=18km/h=18×$\frac{1}{3.6}$m/s=5m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得牵引力：
F=$\frac{{P}_{有用}}{v}$=$\frac{16000W}{5m/s}$=3200N，
因为小艇匀速行驶，
所以小艇受到的阻力：
f=F=3200N．
故答案为：
（1）光；电；
（2）获得的电能约为1000kW•h，相当于完全燃烧120kg的焦炭释放的能量；
（3）小艇受到的阻力是3200N．

点评 本题考查了能量的转化、热量的计算、功率的计算、二力平衡条件等知识点，虽然难度不大，但综合性强，属于难题，要细心处理！