Question

16．今年2號9日全球最大太陽能飛機(jī)“陽光動力”2號從阿聯(lián)酋 首都阿布扎比起飛，開始首次環(huán)球飛行，“陽光動力”2號起飛后，將向東飛行，途經(jīng)阿拉伯海、印度、緬甸、中國、太平洋、美國、大西洋、南歐和北非，最后今年7月返回阿布扎比．“陽光動力”2號環(huán)球飛行總里程為3.5萬公里，共停留12個(gè)城市，包括中國的重慶和南京．預(yù)計(jì)3月19日到達(dá)重慶，隨后飛往南京．“陽光動力2號”的機(jī)翼內(nèi)置1.7萬塊太陽能電池，負(fù)責(zé)為4臺電動機(jī)提供電量．白天，太陽能電池給電池充電，允許飛機(jī)在夜間飛行．飛機(jī)在日間飛行時(shí)可能攀升至8500米的高度極限，夜間飛行時(shí)逐漸下降至約1500米．這架單座太陽能飛機(jī)核心部分太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率約為22%，能為飛機(jī)提供65千瓦的峰值功率．經(jīng)過飛機(jī)制造團(tuán)隊(duì)的優(yōu)化，電池可以輸出15千瓦的穩(wěn)定功率．飛機(jī)每臺電動機(jī)的電壓為150V，每臺電動機(jī)線圈電阻為1Ω．問：
（1）飛機(jī)從南京起飛后飛躍太平洋要連續(xù)飛行5天5夜，每臺電動機(jī)消耗多少電能？
（2）飛機(jī)飛行時(shí)的平均速度為108千米/小時(shí)，四臺電動機(jī)對飛機(jī)產(chǎn)生的牽引力為多少？
（3）飛機(jī)在日間飛行時(shí)可能攀升至8500米的高度極限，夜間飛行時(shí)逐漸下降至約1500米利用風(fēng)力滑翔，請你從能量的角度解釋原因．

Answer 1

分析 （1）已知電池可以輸出15千瓦的穩(wěn)定功率和時(shí)間，利用P=$\frac{W}{t}$可求得每臺電動機(jī)消耗多少電能；
（2）由P=UI可求得總電流，然后可知每臺電動機(jī)的電流，根據(jù)P_熱=I²R求得其發(fā)熱功率，然后可求得電動機(jī)的功率，再利用P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可求得四臺電動機(jī)對飛機(jī)產(chǎn)生的牽引力；
（3）從節(jié)約電能的角度分析．

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，4臺電動機(jī)消耗電能：W_總=P_總t=15kW×5×24h=1800kW•h，
則每臺電動機(jī)消耗電能：W=$\frac{{W}_{總}}{4}$=$\frac{1800kW•h}{4}$=450kW•h；
（2）由P=UI可知，I_總=$\frac{{P}_{總}}{U}$=$\frac{15000W}{150V}$=100A，
I=$\frac{{I}_{總}}{4}$=$\frac{100A}{4}$=25A，
P_熱=I²R=（25A）²×1Ω=625W，
P_機(jī)=P_總-P_熱=15000W-4×625 W=12500W，
v=108km/h=30m/s，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，四臺電動機(jī)對飛機(jī)產(chǎn)生的牽引力：
F=$\frac{{P}_{機(jī)}}{v}$=$\frac{12500W}{30m/s}$=417N．
（3）夜間沒有光照，飛機(jī)從高處下降，將勢能轉(zhuǎn)化為動能，利用動能滑翔可以節(jié)約電能．
答：（1）飛機(jī)從南京起飛后飛躍太平洋要連續(xù)飛行5天5夜，每臺電動機(jī)消耗450kW•h電能；
（2）飛機(jī)飛行時(shí)的平均速度為108千米/小時(shí)，四臺電動機(jī)對飛機(jī)產(chǎn)生的牽引力為417N；
（3）夜間沒有光照，飛機(jī)從高處下降，將勢能轉(zhuǎn)化為動能，利用動能滑翔可以節(jié)約電能．

點(diǎn)評 此題考查了電功的計(jì)算，功率的計(jì)算、功的計(jì)算，太陽能的利用等多個(gè)知識點(diǎn)，是一道綜合性較強(qiáng)的題目．