Question

19．开发新能源，共创碧水蓝天．太阳能等新型能源的开发和利用是解决社会发展的能源危机、环境污染的必由之路．如图所示，是世界上最大的太阳能飞机，重达2.3吨，该飞机机身和机翼均采用极轻的碳纤维材料，机翼上安装有高效太阳能电池板，能提供65kw的最大功率，该飞机的最大飞行速度为40km/h．假设飞机停在水平地面时轮与地面的总接触面积为0.1m²，g取10N/kg，求
（1）太阳能属于可再生（选填“可再生”或“不可再惟”）能源．
（2）飞机停在水平地面时对地面的压强大小；
（3）当飞机发动机的输出功率保持60kW，并以108km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的牵引力大小；
（4）若飞机发动机保持60kW的输出功率匀速飞行1h，发动机输出的能量为多大？这些能量相当于多少升的航空燃油完全燃烧时释放的能量？（航空燃油的热值取4×10⁷/kg，密度取0.75×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）从能源是否可再利用的角度可分为可再生能源和不可再生能源．化石能源、核能会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而风能、水能、太阳能、生物质能，可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它们属于可再生能源．
（2）飞机在水平地面，对地面的压力F=G=mg，知道受力面积，利用压强公式求飞机对地面的压强；
（3）知道飞机速度和功率，利用P=Fv求牵引力；
（4）利用W=Pt求发动机做功，由题知，航空燃油完全燃烧时释放的能量，再利用Q_放=qm求燃油的质量．

解答 解：（1）太阳能可从自然界不断获得，属可再生能源；
（2）飞机在水平地面，对地面的压力：
F=G=mg=2.3×10³kg×10N/kg=2.3×10⁴N；
飞机对地面的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{2.3×1{0}^{4}N}{0.1{m}^{2}}$=2.3×10⁵Pa；
（3）飞机的速度：v=108km/h=30m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，发动机的牵引力：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{60×1{0}^{3}W}{30m/s}$=2×10³N；
（4）由P=$\frac{W}{t}$得，发动机输出的能量：
W=Pt=60×10³W×3600s=2.16×10⁸J；
由题知，航空燃油完全燃烧时释放的能量：Q_放=W=2.16×10⁸J，
由Q_放=qm得，航空燃油的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{2.16×1{0}^{8}J}{4×1{0}^{7}J}$=5.4kg．
根据ρ=$\frac{m}{V}$得，体积：
V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{5.4kg}{0.75×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=7.2×10^-3m³=7.2L．
答：（1）可再生；
（2）飞机停在水平地面时对地面的压强大小为2.3×10⁵Pa；
（3）发动机的牵引力大小为2×10³N；
（4）发动机输出的能量为2.16×10⁸J；相当于7.2L航空燃油完全燃烧时释放的能量．

点评 本题主要考查了重力、功、功率、燃料完全燃烧放热公式的应用，考查全面，难度适中，能熟练运用公式即可解题，要注意物理的单位统一．