Question

4．2015年3月，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”（如图所示）开始首次环球航行，途径我国重庆和南京两个城市，此行的重要目的是传播新能源理念．
（1）该机白天飞行时，利用高效太阳能电池板将电磁能（太阳能）转化成电能，夜间飞行时，利用其超轻薄锂离子电池储备的化学能转化成电能，首次实现连昼夜飞行而不耗费一滴燃油．
（2）该机从重庆飞往南京的航程约为1260千米，用时17.5小时，则它的飞行速度为多少千米/小时？
（3）为降低飞行时的能量消耗，该机选用新型轻质材料，取面积为1平方米，厚度为1毫米的新型材料，测得其质量为250克，则该材料的密度为多少？
（4）该机计划从南京起飞后直飞美国夏威夷，是此次环球航行中最具挑战性的一段航程．飞行时间长达120小时，飞行过程中依靠平均功率为10千瓦的电动机提供动力，其消耗的能量全部由电池板吸收的太阳能提供，则此段航行中至少需要吸收多少太阳能？（太阳能电池板的转化效率约为30%）

Answer 1

分析 （1）发电机是根据电磁感应原理制成的，判断其能量转化，要看清该过程中的初始能量和最终形成的能量，进而判断出能量的转化过程．
（2）已知飞机飞行航程约为1260千米，用时17.5小时，利用速度公式求解；
（3）根据V=Sh求得新型材料的体积，已知质量，利用密度公式求解；
（4）已知飞机飞行过程中依靠平均功率为10千瓦的电动机提供动力，利用P=$\frac{W}{t}$可求得其消耗的能量，已知其消耗的能量全部由电池板吸收的太阳能提供，太阳能电池板的转化效率约为30%，然后可求此段航行中至少需要吸收多少太阳能．

解答 解：（1）电池板白天将太阳能转化为电能，同时对蓄电池充电，进而将电能转化为化学能；
（2）飞行速度v=$\frac{s}{t}$=$\frac{1260km}{17.5h}$=72km/h，
（3）材料的体积V=Sh=1m²×0.001m=1×10^-3m³，m=250g=0.25kg，
该材料的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.25kg}{1×{10}^{-3}{m}^{3}}$=0.25×10³kg/m³．
（4）由P=$\frac{W}{t}$可得，飞机飞行消耗的能量W=Pt=10000W×120×3600s=4.32×10⁹J，
则此段航行吸收的太阳能W′=$\frac{W}{η}$=$\frac{4.32×1{0}^{9}J}{30%}$=1.44×10¹⁰J．
答：（1）电；化学；
（2）它的飞行速度为72km/h；
（3）该材料的密度为0.25×10³kg/m³；
（4）则此段航行中至少需要吸收1.44×10¹⁰J太阳能

点评 本题以太阳能飞机为背景，考查了能量的转化、密度的计算、电功的计算、速度的计算等多个知识点，是一道综合性较强的题目．