Question

14．如图所示是行驶在太平洋中的排水量达6万吨的太阳能货轮，其顶部安装了328片太阳能电池板，太阳能电池板提供的电量可以达到该船总用电量的10%左右，可以用来驱动货轮的推进器、液压设备和舵机．
（1）由于太平洋空气清晰，在海面波涛反射下的阳光特别强烈，在太平洋上，太阳辐射强度为1.46kW•h/（h•m²），货轮上的太阳能电池板的有效面积约为60m²，太阳能电池板的转换效率为40%，则正常情况下，太阳能电池板一天（按8小时计）获得的电能大约是多少？
（2）这辆货轮满载时在水面上匀速行驶，受到的阻力为船重的0.02倍，则货轮受到的牵引力为多少牛顿？
（3）这辆货轮卸货后，船底受到水的压强怎样变化？说明理由．

Answer 1

分析 （1）利用太阳板的接收功率和面积，结合效率求出一天转化获得的电能；
（2）先求出其重力，因为匀速行驶，牵引力等于阻力，根据阻力与重力关系求出阻力即可；
（3）将部分货物卸下后，自重减小，但船仍漂浮，因浮力等于自重，可判断受浮力变化情况，由此可知船底所处的深度变化，由液体压强特点可知河水对船底压强大小的变化情况．

解答 解：
（1）太阳能电池板能将太阳能转化为电能，太阳能电池板的转换效率为40%，则转换的电功率为：
W=40%×1.46kW•h/（h•m²）×60m²×8h=280.32kW•h；
（2）太阳能货轮排水量6万吨，由漂浮条件可得货轮的重力为：
G=F_浮=G_排=m_排g=6×10⁴×10³kg×10N/kg=6×10⁸N，
货轮满载时在水面上匀速行驶，受到的阻力为船重的0.02倍，
则牵引力等于阻力，故F=f=0.02G=0.02×6×10⁸N=1.2×10⁷N；
（3）货轮卸货后，船仍漂浮，受到的浮力等于自重，因为自重减小，所以船受到的浮力减小；
由F_浮=ρ_水gV_排可知，船受到的浮力减小，V_排减小，船将上浮一些，船底所处的深度h减小，由p=ρgh，可得水对船底压强将变小．
答：（1）正常情况下，太阳能电池板一天获得的电能大约是280.32kW•h；
（2）这辆货轮满载时在水面上匀速行驶，货轮受到的牵引力为1.2×10⁷N；
（3）货轮卸货后，船底受到水的压强变小；因为卸货后船受浮力减小，排开水的体积变小，船底深度减小，由p=ρgh可知水对船底压强将变小．

点评 本题以太阳能货轮为背景考查了能量转化的计算、重力计算、平衡力以及漂浮条件和液体压强公式的应用，考查的知识点多，但难度不算大．