Question

【題目】如圖為世界最大的太陽能飛機“陽光動力2號”．該飛機的表面使用一種碳纖維材料，其承載能力要比一般材料更好，但質(zhì)量僅與一輛小型汽車相差無幾．飛機上設(shè)有的通話、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，可隨時保證飛機與地面的聯(lián)系．白天，飛機飛行高度達(dá)到海拔8500米，依靠兩翼上安裝的太陽能電池板為直流電動機提供動力，同時對鋰電池充電以保證夜間或陰雨天不間斷飛行．晚上，依靠儲存在鋰電池里的電能繼續(xù)飛行，并逐漸下降到1500米的高度，以減少能耗．飛機的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表：

飛機凈/總質(zhì)量	2300/3600kg	發(fā)動機最大功率	54kw
鋰電池能量密度	0.25kwh/kg	發(fā)動機轉(zhuǎn)換效率	90%
鋰電池的總質(zhì)量	630kg	太陽能電池效率	23%

（1）下列關(guān)于該飛機的說法中，正確的是

A．飛機依靠超聲波與地面聯(lián)系

B．飛機升空的原理與氦氣飛艇相同

C．飛機的鋰電池質(zhì)量越大越好

D．表面使用的碳纖維具有強度大、密度小的特點

（2）飛機利用測距傳感器來判斷離地高度．若某測距傳感器的阻值R1與離地高度h的關(guān)系如圖乙所示，如圖丙的檢測電路采用了“穩(wěn)流電源”（電源輸出的電流恒定），要使高度表（實質(zhì)是電流表或電壓表）示數(shù)能隨飛行高度的增大而增大，則此高度表應(yīng)安裝在 （選填“1”、“2”或“3”）位置，該高度表示數(shù)刻度 （選填“均勻”或“不均勻”）．

（3）若某次飛機夜間飛行消耗了鋰電池總儲存量的20%，則發(fā)動機輸出了多少機械能？

（4）若飛機在最大功率下，正常巡航時速度為30m/s，則所受的阻力為多少？若飛機沿水平方向飛行過程中所受阻力與速度的平方成正比，在夜間飛行時，為了節(jié)約能源，以15m/s速度沿水平方向運行時，發(fā)動機輸出的功率為多少？

（5）若是8500m高空處，飛機每秒每平方米接收的太陽光能量平均值為500J，每天以10小時計算，為了保證能夠產(chǎn)生310kwh的電能，機翼的太陽能電池總面積至少為多少？

Answer 1

【答案】（1）D；

（2）3；均勻；

（3）發(fā)動機輸出的機械能為1.0206×108J；

（4）飛機在最大功率下，正常巡航時所受的阻力為1800N；

飛機以15m/s速度沿水平方向運行時，發(fā)動機輸出的功率為6750W；

（5）太陽能電池總面積至少為269.5m2

【解析】

試題分析：（1）真空不能傳播聲音，電磁波可以在真空中傳播；飛機升空利用到流體壓強，直升機靠空氣對螺旋槳產(chǎn)生向上的力升空；電池質(zhì)量大影響飛機承載量；制造飛機選擇的材料應(yīng)符合強度大，密度小的要求；

（2）檢測電路采用了“穩(wěn)流電源”由此知高度表應(yīng)是電壓表；結(jié)合圖丙分析高度表示數(shù)刻度是否均勻；

（3）由表格數(shù)據(jù)先計算出鋰電池儲存量，根據(jù)飛行消耗了鋰電池總儲存量的20%，和發(fā)動機轉(zhuǎn)換效率計算發(fā)電機輸出的機械能；

（4）根據(jù)P===Fv，計算出飛行時推力從而得到阻力大��；根據(jù)阻力與速度平方成正比，計算15m/s速度沿水平方向運動時，發(fā)動機輸出的功率；

（5）由參數(shù)知，每天需要產(chǎn)生的電能為310kWh，8500m高空處飛機每秒每平方米接收的太陽光能量平均值為500J，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為23%，

可得關(guān)系式500J/（sm2）×S×t×23%=310×3.6×106J，據(jù)此求所需的太陽能電池板的面積．

解：

（1）A、真空不能傳播聲音，電磁波可以在真空中傳播，所以飛機不能依靠超聲波與地面聯(lián)系，而是依靠電磁波．故A錯誤；

B、快速運動的飛機利用機翼上下表面的空氣壓強差而產(chǎn)生向上的壓力差升空；直升機的螺旋槳轉(zhuǎn)動時對空氣產(chǎn)生向下的力，由于力的作用是相互的，空氣對它產(chǎn)生向上的力而升空．故B錯誤；

C、飛機的鋰電池質(zhì)量越大，飛機的載貨量越小，不符合實際，故C錯誤；

D、飛機表面使用的碳纖維強度大，承載力大，密度小的可減小飛機質(zhì)量，故D正確．

（2）由題檢測電路電源輸出的電流恒定，高度表示數(shù)能隨飛行高度的增大而增大，所以高度計應(yīng)是電壓表，由丙說明R1高度h成一次函數(shù)關(guān)系，所以電壓表應(yīng)與R1并聯(lián)，由U=IR1知電壓表（高度表）示數(shù)是均勻；

（3）由表格數(shù)據(jù)可知：飛機的鋰電池總的儲存能量：

W=0.25kWh/kg×630kg=157.5kWh，

飛機飛行消耗了鋰電池總儲存量的20%，發(fā)電機輸出的機械能：

W機=20%×90%×157.5kWh=28.35kWh=28.35×3.6×106J=1.0206×108J；

（4）P===Fv，

飛機在最大功率下，以30m/s的速度沿水平方向正常巡航時，所受的阻力：

f1=F1===1.8×103N；

飛機沿水平方向飛行過程中所受阻力與速度成正比，即：=，

則當(dāng)飛機以15m/s速度沿水平方向運動時，發(fā)動機的推力：

F2=f2===450N，

發(fā)動機輸出的功率：P2=F2v2=450N×15m/s=6750W；

（5）設(shè)機翼太陽能電池的總面積為S．根據(jù)題意得：

W=500J/sm2×10×3600s×S×23%=310×3.6×106J，

解得S=269.5m2．

答：

（1）D；

（2）3；均勻；

（3）發(fā)動機輸出的機械能為1.0206×108J；

（4）飛機在最大功率下，正常巡航時所受的阻力為1800N；

飛機以15m/s速度沿水平方向運行時，發(fā)動機輸出的功率為6750W；

（5）太陽能電池總面積至少為269.5m2．