Question

如图所示的新型小艇，由铺满船面的光伏太阳能电池板提供工作能源，太阳能光伏板面积约500m²，在阳光照射下，通过太阳能板可以获得100kW的功率．小艇材料密度较小，硬度较大，自重仅为9×10⁴N，满载的排水量为60t．
（1）太阳能光伏板工作时能量转化为________；
（2）小艇满载漂浮在海面上受到的浮力是多少？所装货物重多少？（g取10N/kg）
（3）若每天阳光照射太阳能电池板10h，获得的电能为多少kW?h？
（4）若引擎电能转化为机械能的效率为80%，用20kW的功率驱动时，小艇以18km/h匀速行驶时受到的阻力是多少？
（5）这种小艇有两个相同的引擎，用20kW的牵引功率驱动单引擎，小艇以18km/h的速度行驶；用40kW的牵引功率驱动双引擎，小艇以30km/h的速度行驶，而不是以36km/h的速度行驶．这是为什么呢？请你提出一种合理的猜想．

Answer 1

解：（1）太阳能光伏板工作时，太阳能转化为电能．
（2）F_浮=G_排=m_排g=6×10⁴kg×10N/kg=6×10⁵N，
因为漂浮，所以F_浮=G_船+G_货，
G_货=F_浮-G_船=6×10⁵N-9×10⁴N=5.1×10⁵N．
（3）W=Pt=100kW×10h=1000kW?h．
（4）η===，
∴P_机=80%P_电=80%×20kW=1.6×10⁴W，
v=18km/h=5m/s，
∵匀速，P=Fv，
∴f=F===3200N．
答：（1）太阳能光伏板工作时能量转化为电能；
（2）小艇满载漂浮在海面上受到的浮力是6×10⁵N，所装货物重5.1×10⁵N．
（3）若每天阳光照射太阳能电池板10h，获得的电能为1000kW?h．
（4）若引擎电能转化为机械能的效率为80%，用20kW的功率驱动时，小艇以18km/h匀速行驶时受到的阻力是3200N．
（5）答：功率增大为原来的二倍，速度没有增大到原来的二倍，是因为小艇所受的阻力随速度的增大而增大．
分析：（1）太阳能电池板将太阳能转化为电能．
（2）明确满载排水量的含义，排水量是小艇满载时排开水的质量，求出排开水的重力，根据阿基米德求出小艇满载时受到的浮力，根据漂浮条件求出小艇满载时，的重力，知道小艇的自重，求出小艇所装货物的重力．
（3）知道太阳能板的功率，知道照射时间，根据W=Pt求出获得的电能．
（4）知道电能和机械能转化的效率，又知道电功率，求出机械功率，又知道小艇速度，根据F=求出牵引力，根据二力平衡条件求出小艇受到的阻力．
（5）相同条件下，物体的运动速度越快，物体受到的阻力越大．
点评：由于能源的紧缺，太阳能在生活中有广泛的应用，随之出现的习题也在增多，本题通过新型小艇考查了能量的转化、阿基米德原理、二力平衡、功率、效率、漂浮条件，综合性很强，有一定的难度．