Question

12．2015年4月21日，重達(dá)2.3t的世界上最大的太陽能飛機(jī)“陽光動(dòng)力2號”降落在南京機(jī)場．如圖所示，該飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼均采用極輕的碳纖維材料，機(jī)翼上安裝有高效太陽能電池板，能提供65kW的最大功率，該飛機(jī)的最大飛行速度為140km/h．
（1）飛機(jī)飛行時(shí)機(jī)翼獲得升力的原理是在流體中流速越大的位置，壓強(qiáng)越��；．
（2）當(dāng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率保持在60kW，并以108km/h的速度水平勻速飛行時(shí)，求發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力．
（3）若飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)保持60kW的輸出功率勻速飛行1h，發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功為多大？若發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功由燃燒航空燃油來提供，效率為40%，需要完全燃燒多少千克的航空燃油？（航空燃油的熱值取4×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系：在流體中流速越大的位置，壓強(qiáng)越�。�
（2）利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力；
（3）根據(jù)W=Pt計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的能量；利用η=$\frac{W}{Q}$計(jì)算航空燃油放出的熱量，再利用Q=qm得燃料的質(zhì)量．

解答 解：（1）飛機(jī)飛行時(shí)，飛機(jī)的機(jī)翼上方突起，機(jī)翼上方空氣流速大于下方空氣流速，根據(jù)流體流速越大壓強(qiáng)越小，機(jī)翼上方空氣壓強(qiáng)小于下方壓強(qiáng)，飛機(jī)受到向上的升力作用．故飛機(jī)飛行時(shí)機(jī)翼獲得升力的原理是：在流體中流速越大的位置，壓強(qiáng)越��；
（2）v=108 km/h=30m/s，
因?yàn)镻=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，
所以發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力F=$\frac{P}{v}$=$\frac{60×1{0}^{3}W}{30m/s}$=2×10³N．
（3）由P=$\frac{W}{t}$得發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功：
W=Pt=60×10³W×3600s=2.16×10⁸J；
根據(jù)η=$\frac{W}{Q}$可得航空燃油放出的熱量：
Q=$\frac{W}{η}$=$\frac{2.16×1{0}^{8}J}{40%}$=5.4×10⁸J
由Q=qm得燃料的質(zhì)量：
m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{5.4×1{0}^{8}J}{4×1{0}^{7}J/kg}$=13.5kg；
答：（1）在流體中流速越大的位置，壓強(qiáng)越小；
（2）發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力為2×10³N；
（3）發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功為2.16×10⁸J；需要完全燃燒13.5kg的航空燃油．

點(diǎn)評 此題主要考查的是學(xué)生對流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系、功率、功、熱值和效率計(jì)算公式的理解和掌握，綜合性很強(qiáng)，解答中注意單位換算．