Question

15．阅读短文，回答问题．
“阳光动力2号”太阳能飞机
  2015年4月21日，世界最大的太阳能飞机“阳光动力2号”（如图1）飞抵南京．“阳光动力2号”由极轻的碳纤维材料制成，翼展长达72m，但质量仅有2.3t，与普通越野车相差无几．白天，飞机飞行高度达到海拔8500m，依靠两翼上安装的太阳能电池板为直流电动机提供动力，同时对锂电池充电以保证夜间或阴雨天不间断飞行．晚上，依靠储存在锂电池里的电能继续飞行，并逐渐下降到1500m的高度，以减少能耗．下表为“阳光动力2号”飞机部分技术参数，能量密度是指电池单位质量所输出的电能．

锂电池能量密度	0.25kW•h/kg	电动机最大输出功率	54kW
锂电池的总质量	633kg	电动机的能量转化效率	90%

（1）如图2四个装置中，能反映电动机工作原理的是B

（2）该飞机采用密度小、硬度大（选填“大”或“小”）的新型碳纤维材料制成的．飞  机的动力全部来源于太阳能，太阳能是可再生（选填“可再生”或“不可再生”）能源．飞机机翼的上表面较凸起，在飞行时，机翼上方的气体流速大，压强小（选填“大”或“小”）．
（3）飞机在电动机最大输出功率牵引下，以30m/s的速度沿水平方向正常巡航时，所受的阻力为1.8×10³N．若飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度的平方成正比．某次飞机夜间以20m/s的速度水平飞行消耗了锂电池总储存能量的10%，则电动机的输出功率为16kW，飞机水平飞行的航程约为64km（航程计算结果保留整数）．
（4）科技兴趣小组利用测距传感器为飞机设计了一款飞行高度测距仪．测距传感器的阻值R₁与离地高度h的关系如图3甲所示．设计的飞行高度检测电路如图3乙所示，R₀为定值电阻．要使高度表（实质是电流表或电压表）示数能随飞行高度的增大而增大，则应将电压（选填“电流”或“电压”）表改装成高度表．若电池用久后电压减小，将会使测得的高度值与实际高度值相比偏小（选填“偏大”、“偏小”或“一样大”）．

Answer 1

分析 （1）电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动原理制成的；
（2）飞机材料利用密度小，硬度大的新型碳纤维材料制成的；根据能源定义分析解答；利用流体压强与流速关系分析解答；
（3）利用P=Fv求出牵引力，结合二力平衡得出阻力大小；根据阻力与速度平方成正比，计算20m/s速度沿水平方向运动时，发动机输出的功率．
（4）检测电路采用了“稳流电源”由此知高度表应是电压表；结合图丙分析高度表示数刻度是否均匀．

解答 解：（1）电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，是将电能转化为机械能，据题中A、是电流的磁效应；B、为通电导体在磁场中受力运动，将电能转化为机械能；C、为电磁感应现象，将机械能转化为电能；D、为电磁铁的应用，故选：B；
（2）单纯从减轻质量的要求考虑，由公式m=ρV知，在飞机体积一定的情况下，要减轻质量，应该选择密度较小的材料；从抗压能力来说应该选择硬度大的材料；太阳能属于可再生能源；飞机机翼的上表面较凸起，在飞行时，机翼上方的气体流速大，压强小，由此获得向上的升力；
（3）P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，飞机在最大功率下，以30m/s的速度沿水平方向正常巡航时，所受的阻力：
f₁=F₁=$\frac{{P}_{最大}}{v}$=$\frac{54000W}{30m/s}$=1.8×10³N；
飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度成正比，即：
$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$=$\frac{{v}_{1}^{2}}{{v}_{2}^{2}}$，
则当飞机以20m/s速度沿水平方向运动时，发动机的推力：
F₂=f₂=$\frac{{{f}_{1}v}_{2}^{2}}{{v}_{1}^{2}}$=$\frac{1.8×1{0}^{3}N×（20m/s）^{2}}{（30m/s）^{2}}$=800N，
发动机输出的功率：
P₂=F₂v₂=800N×20m/s=16000W=16kW．
电池输出的电能为：W=0.25×3.6×10⁶J/kg×633kg×90%×10%=5.1273×10⁷J
飞机飞行时间为：t=$\frac{W}{P}$=$\frac{5.1273×1{0}^{7}J}{16000W}$=3204.5625s，
故飞行距离为：s=vt=20m/s×3204.5625s=64091.25m≈64km；
（4）由题检测电路电源输出的电流恒定，高度表示数能随飞行高度的增大而增大，所以高度计应是电压表，由丙说明R₁高度h成一次函数关系，所以电压表应与R₁并联，由U=IR₁知电压表（高度表）示数是均匀；
电池用的时间长了，电压降低，内阻变大，电路中电流变小，将会使测得的高度值与实际高度值相比偏小．
故答案为：（1）B；（2）大； 可再生；小；（3）1.8×10³；16；64；（4）电压；偏小．

点评 本题为物理知识在生产生活中的应用题，题目中给出了必要的信息，应注意提取有用信息并结合相关物理知识求解，关键是从大量文字材料中抓住核心信息，考查学生基本的学习能力；此题是一道综合性的难题．