Question

17．若全球持续变暖，可能面临大量物种消失、能源危机及海平面上升等问题．科学家设计了一种“水上漂浮房”来应对这种变化．“水上漂浮房”是由可回收的木材、金属、塑料、布和其他材料做成，总质量1000t．这种浮房设有立体农业园，内有肥沃土壤，种有蔬菜，养有家禽等，所需电能由太阳能电池板和风力发电机提供．
（1）静止在水面上的“水上漂浮房”排开水的体积是1000m³．
（2）根据发电机工作的原理，推测风力发电机内部必备的组成是电磁体和线圈．
（3）“漂浮房”上某太阳能路灯，白天两块总面积0.25m²太阳能电池板经光照给蓄电池充电，夜晚供一盏“12V，20W”LED灯照明．若该地太阳光照射地面的功率为800J/（m²•s），太阳能电池的效率为15%，则太阳能电池板光照8小时，可供一盏“12V，20W”LED灯照明12小时．

Answer 1

分析 （1）根据物体漂浮的条件和G=mg求出受到的浮力，根据阿基米德原理求出排开水的体积．
（2）发电机的基本结构：电磁铁、线圈、
（3）太阳能转换效率15%即：15%P_太=P_电，由此计算0.25m²范围内太阳能电池板8h所接受太阳辐射的太阳能转化成的电能，根据W=Pt算出照明时间．

解答 解：（1）水上漂浮房处于漂浮状态，
所以受到的浮力：
F_浮=G=mg=1000×10³kg×10N/kg=10⁷N，
排开水的体积：
V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1{0}^{7}N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1000m³．
（2）发电机的基本结构：定子（电磁铁）、转子（线圈），故风力发电机内部必备的组成是电磁体和线圈；
（3）0.25m²范围内太阳能电池板8h所接受太阳辐射的太阳能转化成的电能：
W=Pt=800J/（m²•s）×0.25m²×8×3600s×15%=8.64×10⁵J；
可供一盏“12V，20W”LED灯照明的时间：t′=$\frac{W}{{P}^{′}}$=$\frac{8.64×1{0}^{5}J}{20W}$=43200s=12h．
故答案为：（1）1000；（2）线圈；（3）12．

点评 本题考查了阿基米德原理、发电机的结构、电能、电功率等公式的应用，题目情景较新颖，有助于提高学生学习的兴趣，是一道好题．