Question

9．阅读短文，回答问题．
“阳光动力2号”太阳能飞机
4月21日，世界最大的太阳能飞机“阳光动力2号”（如图甲所示）飞抵南京．该飞机的表面使用一种碳纤维材料，其承载能力要比一般材料更好，但质量仅与一辆小型汽车相差无几．飞机上设有的通话、网络等设备，可随时保证飞机与地面的联系．白天，飞机飞行高度达到海拔8500米，依靠两翼上安装的太阳能电池板为直流电动机提供动力，同时对锂电池充电以保证夜间或阴雨天不间断飞行．晚上，依靠储存在锂电池里的电能继续飞行，并逐渐下降到1500米的高度，以减少能耗．飞机的有关技术参数如表：

飞机净/总质量	2300/3600kg	发动机最大功率	54kW
锂电池能量密度	0.25kW•h/kg	发动机转换效率	90%
锂电池的总质量	630kg	----------

（1）下列关于该飞机的说法中，正确的是D
A．飞机依靠超声波与地面联系
B．飞机升空的原理与直升机相同
C．飞机的锂电池质量越大越好
D．表面使用的碳纤维具有强度大、密度小的特点
（2）白天飞机在高海拔高度飞行，而晚上逐渐下降至低海拔高度飞行，从节能角度分析，这样飞行的优点是白天可最大化利用太阳能（或晚上半滑翔飞行，可节约能源）（至少说出一点）．
（3）某次飞机飞行消耗了锂电池总储存量的20%，则发动机输出的机械能为1.0206×10⁸J，若这些机械能改由液态氢来提供，不考虑能量损失，需要完全燃烧氢气0.729m³（已知液态氢的热值为1.4×10⁸J/m³）．
（4）飞机在最大功率下，以30m/s的速度沿水平方向正常巡航时，所受的阻力为1.8×10³N，若飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度的平方成正比，则当飞机以15m/s速度沿水平方向运行时，发动机输出的功率为6.75×10³W．
（5）飞机利用测距传感器来判断离地高度．若某测距传感器的阻值R₁与离地高度h的关系如图乙所示，如图丙所示的检测电路采用了“稳流电源”（电源输出的电流恒定），要使高度表（实质是电流表或电压表）示数能随飞行高度的增大而增大，则此高度表应安装在3（1/2/3）位置，该高度表示数刻度均匀（均匀/不均匀）．

Answer 1

分析 （1）①真空不能传播声音，电磁波可以在真空中传播；②飞机升空利用到流体压强，直升机靠空气对螺旋桨产生向上的力升空的；
③电池质量大影响飞机承载量；④制造飞机选择的材料应符合强度大，密度小的要求；
（2）根据白天尽可能多的将太阳能转化为电能，晚上借助高空到低空过程滑翔节约电能角度分析说明；
（3）由表格数据先计算出锂电池储存量，根据飞行消耗了锂电池总储存量的20%和发动机转换效率计算发电机输出的机械能；
不考虑能量损失，由题意知Q=W求出氢气完全燃烧放出的热量，然后根据Q=Vq的变形公式V=$\frac{Q}{q}$求出需要完全燃烧氢气的体积；
（4）根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的变形公式F=$\frac{P}{v}$求出飞行时发动机的推力，从而得到阻力大小；
根据阻力与速度平方成正比求出飞机以15m/s速度沿水平方向运动时的阻力，进而得出发动机的推力，根据P=Fv求出发动机输出的功率；
（5）检测电路采用了“稳流电源”由此知高度表应是电压表；结合图丙分析高度表示数刻度是否均匀．

解答 解：（1）A、声音不能在真空中传播，而电磁波可以在真空中传播，
所以飞机不能依靠超声波与地面联系，而是依靠电磁波与地面联系，故A错误；
B、快速运动的飞机利用机翼上下表面的空气压强差而产生向上的压力差升空；
直升机的螺旋桨转动时对空气产生向下的力，由于力的作用是相互的，
空气对它产生向上的力而升空，故B错误；
C、飞机的锂电池质量越大，飞机的载货量越小，不符合实际，故C错误；
D、飞机表面使用的碳纤维强度大，承载力大，密度小的可减小飞机质量，故D正确．
（2）白天在高海拔处飞行，光照强度大，太阳能电池板能将更多的太阳能转化为电能，
晚上由高海拔向低海拔飞行过程中飞机可以靠滑翔下降，这样能节约能量．
（3）由表格数据可知：飞机的锂电池总的储存能量：
W=0.25kW•h/kg×630kg=157.5kW•h=5.76×10⁸J，
飞机飞行消耗了锂电池总储存量的20%，发电机输出的机械能：
W_机=20%×90%×5.76×10⁸J=1.0206×10⁸J，
由题意知，不考虑能量损失，Q_放=W_机=1.0206×10⁸J，
由Q_放=Vq得，需要完全燃烧氢气体积：
V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.0206×1{0}^{8}J}{1.4×1{0}^{8}J/{m}^{3}}$=0.729m³．
（4）发动机最大功率P₁=54kW=5.4×10⁴W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，飞机在最大功率下发动机的推力：
F₁=$\frac{{P}_{1}}{{v}_{1}}$=$\frac{5.4×1{0}^{4}W}{30m/s}$=1.8×10³N，
飞机沿水平方向正常匀速巡航时，根据二力平衡条件可知，
飞机所受的阻力f₁=F₁=1.8×10³N，
飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度的平方成正比，即：
$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$=$\frac{{v}_{1}^{2}}{{v}_{2}^{2}}$，
则当飞机以15m/s速度沿水平方向运动时，发动机的推力：
F₂=f₂=$\frac{{f}_{1}{v}_{2}^{2}}{{v}_{1}^{2}}$=$\frac{1.8×1{0}^{3}N×（15m/s）^{2}}{（30m/s）^{2}}$=450N，
发动机输出的功率：
P₂=F₂v₂=450N×15m/s=6.75×10³W．
（5）由题意知，检测电路电源输出的电流恒定，高度表示数能随飞行高度的增大而增大，所以高度计应是电压表，
由图丙说明R₁高度h成一次函数关系，所以电压表应与R₁并联，则此高度表应安装在3位置；
由U=IR₁可知，电压表（高度表）示数刻度均匀．
故答案为：（1）D；
（2）白天可最大化利用太阳能（或晚上半滑翔飞行，可节约能源）；
（3）1.0206×10⁸； 0.729；
（4）1.8×10³；6.75×10³；
（5）3；均匀．

点评 本题考查了电磁波应用、能量转化、热值、功率计算等，涉及的知识点多，综合性强，难度较大，只有正确理解题意、熟练运用相关公式才能顺利解题，属于一道难题．