Question

17．阅读短文，解答问题．
如图甲所示是我国第一艘太阳能混合动力游船“尚德国盛号”．其最具特色的太阳翼采用高效晶硅异型太阳能电池板拼装而成，整艘船最多可容纳170位旅客，排水量为60吨．“尚德国盛号”驾驶室里有一个GPS（全球卫星定位系统）接收器装置，全船照明均采用节能型灯泡及LED灯，大大降低能源损耗，“尚德国盛号”年发电量可达1.7×10⁴kW•h．
相当于每年节约标准煤约6.2×10³kg，每年可减少二氧化碳排放量约15.7t．
（1）如果该船满载乘客从东海驶入黄浦江，游船所受到的浮力大小不变，船体排开水的体积将增大（选填“减小”、“增大”或“不变”）．（己知ρ海水＞ρ江水）．
（2）LED灯可以将电能直接转化为光能，小明对LED灯很感兴趣，拆开了自己新买的LED节能手电筒，发现灯头里有2只相同规格的LED灯泡．请你帮小明判断一下2只LED灯泡是怎样连接的，写出判断方法：
操作方法：拧去一支灯泡，观察另一支灯泡是否发光
判断依据：如果发光则是并联，不发光则是串联
（3）某次运行中游船以300kW的恒定功率启动并保持该恒定功率沿直线运行，行驶过程中所受阻力不变，速度由零逐渐增大至最大值后保持匀速直线运动．运动过程中牵引力F与速度的倒数（$\frac{1}{v}$）的关系图线如图乙中的实线所示，则游船运动的最大速度为5m/s，游船运行过程中所受阻力为6×10⁴N．

（4）若仅采用标准煤给“尚德国盛号“提供电能，为使其仍达到现行的年发电量，求完全燃烧标准煤产生的内能转化成电能的效率是多大？（已知标准煤的热值为3.0×107J/kg ）

Answer 1

分析 （1）船满载乘客从东海驶入黄浦江，都是漂浮，根据物体的漂浮条件确定受到的浮力变化情况，然后根据阿基米德原理判断船体排开水体积的变化；
（2）根据串联、并联电路的特点判断；
（3）游船以恒定功率沿直线运行时，根据P=Fv可知牵引力最小时，游船运动的速度最大，并结合乙图得出其大小，再根据P=$\frac{W}{t}$的推导公式求出受到的牵引力，利用二力平衡条件求出受到的阻力；
（4）根据Q=mq求出完全燃烧6.2×10³kg标准煤产生的内能，把电能的单位换算成焦耳，然后利用效率公式求出完全燃烧标准煤产生的内能转化成电能的效率．

解答 解：（1）船满载乘客从东海驶入黄浦江，都是漂浮，受到的浮力都等于船和乘客总重，受到的浮力不变；
因海水的密度大于河水的密度，所以根据F_浮=ρ_液gV_排可知，船体排开水的体积将增大．
（2）两LED灯泡能独立工作、互不影响时为并联，否则为串联，所以可以拧去一只LED灯泡，观察另一灯是否发光，如发光则是并联，如不发光则为串联；
（3）游船以恒定功率沿直线运行时，牵引力最小时，轮船运动的速度最大，
由图乙可知，$\frac{1}{v}$=0.2m^-1•s，即最大速度v=5m/s；
最大速度时，受到的牵引力最小，P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，所以，
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{300{×10}^{3}W}{5m/s}$=6×10⁴N，
因轮船匀速直线运动时，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，
最小阻力f=F=6×10⁴N．
（4）完全燃烧6.2×10³kg标准煤产生的内能：
Q=mq=6.2×10³kg×3.0×10⁷J/kg=1.86×10¹¹J，
每年的发电量：
W=1.7×10⁴ kW•h=1.7×10⁴×3.6×10⁶J=6.12×10¹⁰J，
转化效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{6.12{×10}^{10}J}{1.86{×10}^{11}J}$×100%≈32.9%．
故答案为：
（1）不变；增大；
（2）一次；拧去一只LED灯泡，观察另一灯是否发光，如发光则是并联，如不发光则为串联；
（3）5；6×10⁴；
（4）完全燃烧标准煤产生的内能转化成电能的效率约为32.9%．

点评 本题以先进的科技为背景，考查了学生对物体的漂浮条件、阿基米德原理、电路串并联的辨别、识图能力、功率公式、二力平衡条件、能量利用率等知识，综合性强，有一定难题．