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，但質量僅與一輛小型汽車相差無幾．飛機上設有的通話、網絡等設備，可隨時保證飛機與地面的聯(lián)系．白天，飛機飛行高度達到海拔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．飛機的有關技術參數如表：

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

（1）下列關于該飛機的說法中，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（實質是電流表或電壓表）示數能隨飛行高度的增大而增大，則此高度表應安裝在（選填“1”、“2”或“3”）位置，該高度表示數刻度（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）解：由表格數據可知：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；

答：發(fā)動機輸出的機械能為1.0206×108J；

（4）解：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；

答：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）解：設機翼太陽能電池的總面積為S．根據題意得：

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

解得S=269.5m2．

答：太陽能電池總面積至少為269.5m2．

【解析】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．A不符合題意；
B、快速運動的飛機利用機翼上下表面的空氣壓強差而產生向上的壓力差升空；直升機的螺旋槳轉動時對空氣產生向下的力，由于力的作用是相互的，空氣對它產生向上的力而升空．B不符合題意；
C、飛機的鋰電池質量越大，飛機的載貨量越小，不符合實際，C不符合題意；
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量，D符合題意．
（2）由題檢測電路電源輸出的電流恒定，高度表示數能隨飛行高度的增大而增大，所以高度計應是電壓表，由丙說明R1高度h成一次函數關系，所以電壓表應與R1并聯(lián)，由U=IR1知電壓表（高度表）示數是均勻；
故答案為：（1）D；（2）3；均勻；

（1）真空不能傳聲，電磁波可以在真空中傳播；飛機升空利用到流體壓強與流速的關系，直升機靠空氣對螺旋槳產生向上的升力升空；電池質量大影響飛機承載量；制造飛機選擇的材料應符合強度大，密度小的要求；
（2）檢測電路采用了“穩(wěn)流電源”，所以高度表應是電壓表；結合圖丙分析高度表示數刻度是否均勻；
（3）根據表格數據先計算出鋰電池儲存量，根據飛行消耗了鋰電池總儲存量的20%，和發(fā)動機轉換效率計算發(fā)電機輸出的機械能；
（4）根據，計算出飛行時推力從而得到阻力大��；根據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）由參數知，每天需要產生的電能為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，太陽能電池的轉換效率為23%，
可得關系式500J/（sm2）×S×t×23%=310×3.6×106J，據此求所需的太陽能電池板的面積．