Question

16．今年2号9日全球最大太阳能飞机“阳光动力”2号从阿联酋 首都阿布扎比起飞，开始首次环球飞行，“阳光动力”2号起飞后，将向东飞行，途经阿拉伯海、印度、缅甸、中国、太平洋、美国、大西洋、南欧和北非，最后今年7月返回阿布扎比．“阳光动力”2号环球飞行总里程为3.5万公里，共停留12个城市，包括中国的重庆和南京．预计3月19日到达重庆，随后飞往南京．“阳光动力2号”的机翼内置1.7万块太阳能电池，负责为4台电动机提供电量．白天，太阳能电池给电池充电，允许飞机在夜间飞行．飞机在日间飞行时可能攀升至8500米的高度极限，夜间飞行时逐渐下降至约1500米．这架单座太阳能飞机核心部分太阳能电池的能量转化效率约为22%，能为飞机提供65千瓦的峰值功率．经过飞机制造团队的优化，电池可以输出15千瓦的稳定功率．飞机每台电动机的电压为150V，每台电动机线圈电阻为1Ω．问：
（1）飞机从南京起飞后飞跃太平洋要连续飞行5天5夜，每台电动机消耗多少电能？
（2）飞机飞行时的平均速度为108千米/小时，四台电动机对飞机产生的牵引力为多少？
（3）飞机在日间飞行时可能攀升至8500米的高度极限，夜间飞行时逐渐下降至约1500米利用风力滑翔，请你从能量的角度解释原因．

Answer 1

分析 （1）已知电池可以输出15千瓦的稳定功率和时间，利用P=$\frac{W}{t}$可求得每台电动机消耗多少电能；
（2）由P=UI可求得总电流，然后可知每台电动机的电流，根据P_热=I²R求得其发热功率，然后可求得电动机的功率，再利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可求得四台电动机对飞机产生的牵引力；
（3）从节约电能的角度分析．

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，4台电动机消耗电能：W_总=P_总t=15kW×5×24h=1800kW•h，
则每台电动机消耗电能：W=$\frac{{W}_{总}}{4}$=$\frac{1800kW•h}{4}$=450kW•h；
（2）由P=UI可知，I_总=$\frac{{P}_{总}}{U}$=$\frac{15000W}{150V}$=100A，
I=$\frac{{I}_{总}}{4}$=$\frac{100A}{4}$=25A，
P_热=I²R=（25A）²×1Ω=625W，
P_机=P_总-P_热=15000W-4×625 W=12500W，
v=108km/h=30m/s，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，四台电动机对飞机产生的牵引力：
F=$\frac{{P}_{机}}{v}$=$\frac{12500W}{30m/s}$=417N．
（3）夜间没有光照，飞机从高处下降，将势能转化为动能，利用动能滑翔可以节约电能．
答：（1）飞机从南京起飞后飞跃太平洋要连续飞行5天5夜，每台电动机消耗450kW•h电能；
（2）飞机飞行时的平均速度为108千米/小时，四台电动机对飞机产生的牵引力为417N；
（3）夜间没有光照，飞机从高处下降，将势能转化为动能，利用动能滑翔可以节约电能．

点评 此题考查了电功的计算，功率的计算、功的计算，太阳能的利用等多个知识点，是一道综合性较强的题目．