Question

6．如图所示是一艘智能太阳能混合动力游船，它的动力系统由太阳能电池组和柴油发电机组组成．游船照明采用节能灯和LED灯．航行中，船载能量管理系统按下表中航行速度要求自动识别并切换动力系统．船的航行 速度简称航速，单位为“节”，用kn表示．

航速/kn	供电模式	动力系统	最大功率/kW
0～4	纯电池	太阳能电池组
4～8	柴　电	柴油发电机	300

（1）船上照明电路中用到了恒流电阻，它的电流与电压关系如图所示．当恒流电阻两端的电压由0V增大到4V的过程中，它的电阻增大（不变/减小/增大）．若将它与一只标有“3.2V  0.3A”的LED（发光二极管）一起接到电压为4V的电源上，要使LED正常工作，则应将它们串联到电路中；若该电路中的电源电 压可调，则电源电压在3.2V～7.2V范围内变化，它们都能正常工作．
（2）已知船航行时，所受的阻力与航速的平方成正比．若在柴电和纯电池供电模式下，游船以最大航速航行时所受的阻力分别为 f₁、f₂，则 f₁与f₂的比值是4：1；当游船以纯电池模式航行时，动力系统的最大功率是37.5kW．（设船做匀速直线运动）
（3）相比于传统的柴油动力船，智能太阳能混合动力游船有哪些优点：减少对环境的污染、节省能源等（写出一点即可）

Answer 1

分析 （1）由图象可知，当恒流电阻两端的电压增大时通过的电流不变，根据欧姆定律可知其阻值的变化；电源的电压大于LED灯的额定电压时，要使灯泡正常发光应串联一个电阻分压；LED正常发光时的电流为0.3A，由图2可知恒流电阻对于的电压变化范围，根据串联电路的电压特点求出电源电压变化范围；
（2）由表格数据可知在柴电和纯电池供电模式下的最大航速，根据“船航行时，所受的阻力与航速的平方成正比”求出f₁与f₂的比值，船做匀速直线运动时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出两种情况下动力系统的最大功率之比，然后得出答案；
（3）太阳能是一种清洁、无污染、可再生能源，它能量丰富，取之不尽用之不竭，是一种新型的能源，越来越被广泛利用．

解答 解：（1）由图象可知，当恒流电阻两端的电压由0V增大到4V的过程中，电阻两端的电压增大时通过的电流不变，
由I=$\frac{U}{R}$的变形式R=$\frac{U}{I}$可知，恒流电阻的阻值增大；
LED灯正常发光时的电压为3.2V，用4V的电源给LED供电时，要使其正常发光应与恒流电阻串联分压；
LED正常发光时的电压为3.2V，通过的电流为0.3A，
由图2可知，通过恒流电阻的电流为0.3A时，其两端的电压范围为0～4V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，电源的电压变化范围为3.2V～7.2V；
（2）由表格数据可知，在柴电供电模式下的最大航速v₁=8kn，在纯电池供电模式下的最大航速v₂=4kn，
因船航行时，所受的阻力与航速的平方成正比，
所以，$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$=（$\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$）²=（$\frac{8kn}{4kn}$）²=$\frac{4}{1}$，
因船做匀速直线运动时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
所以，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，两种情况下动力系统的最大功率之比：
$\frac{{P}_{1}}{{P}_{2}}$=$\frac{{F}_{1}{v}_{1}}{{F}_{2}{v}_{2}}$=$\frac{{f}_{1}{v}_{1}}{{f}_{2}{v}_{2}}$=$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$×$\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$=$\frac{4}{1}$×$\frac{8kn}{4kn}$=$\frac{8}{1}$，
则游船以纯电池模式航行时，动力系统的最大功率：
P₂=$\frac{1}{8}$P₁=$\frac{1}{8}$×300kW=37.5kW；
（3）智能太阳能混合动力游船相对于传统的柴油动力船来说，可以减少对环境的污染、节省能源等．
故答案为：（1）增大；串；3.2V～7.2V；（2）4：1；37.5；（3）减少对环境的污染、节省能源等．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、功率公式以及二力平衡条件的应用等，涉及到的知识点较多，综合性强，从题干中获取有用的信息是关键，有一定的难度．