Question

2．随着新能源、低碳等理念的普及，小明设想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是他查到的一些数据：阳光穿过太空和地球周围的大气层到达地面，每m²接收到的太阳辐射的功率约为700W，目前太阳能电池的能量转化效率最高约为15%；假设一辆太阳能电池车的质量约为750kg，期望达到的最高时速为36km/h，已知车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，车身最多能敷设的太阳能电池板的面积约为8m²，驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率．
（1）根据以上数据，通过计算说明太阳能汽车的最高时速能否达到36km/h？
（2）为进一步提高太阳能汽车的行驶速度，请你提出改进措施（至少写出两条）

Answer 1

分析 （1）知道太阳能电池车的总质量，可利用公式G=mg计算出电池车的重力，该车做匀速运动，则推力等于该车受到的阻力，知道车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，从而可以计算出推力的大小，要知道汽车行驶的速度，可利用公式p=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv计算出汽车前进的速度；

解答 解：（1）已知，m=750kg，g=10N/kg，
所以汽车的重力为：
G=mg=750kg×10N/kg=7500N，
而该车做匀速运动，则推力等于该车受到的阻力，
因为车辆行驶过程中的平均阻力约为车重的0.02倍，
所以推力的大小为：
F=f=0.02G=0.02×7500N=150N，
车身最多能敷设的太阳能电池板的面积约为8m²，汽车接受太阳能的功率：
P=P₀S=700W×8=5600W，
转化电能的功率：
P_电=η₁×P=15%×5600W=840W，
驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率：
P_机械=η₂×P_电=90%×840W=756W，
由公式p=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得汽车前进的速度：
v=$\frac{{P}_{机械}}{F}$=$\frac{756W}{150N}$=5.04m/s=5.04×3.6km/h=18.144km/h＜36km/h，
故太阳能汽车的最高时速不能达到36km/h；
（2）由公式p=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，要提高汽车的速度，应提高太阳能汽车的机械功率，改进措施①增大接收到的太阳辐射的功率；②减轻太阳能汽车的重力．
答：（1）根据以上数据，通过计算说明太阳能汽车的最高时速不能达到36km/h；
（2）为进一步提高太阳能汽车的行驶速度，提出改进措施①增大接收到的太阳辐射的功率；②减轻太阳能汽车的重力．

点评 本题考查了重力、推力、功率的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，本题还告诉我们一定要广泛应用太阳能，太阳能不但节省能源，还可以环保．