Question

4．2015年3月，全球最大的太陽能飛機(jī)“陽光動力2號”（如圖所示）開始首次環(huán)球航行，途徑我國重慶和南京兩個(gè)城市，此行的重要目的是傳播新能源理念．
（1）該機(jī)白天飛行時(shí)，利用高效太陽能電池板將電磁能（太陽能）轉(zhuǎn)化成電能，夜間飛行時(shí)，利用其超輕薄鋰離子電池儲備的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，首次實(shí)現(xiàn)連晝夜飛行而不耗費(fèi)一滴燃油．
（2）該機(jī)從重慶飛往南京的航程約為1260千米，用時(shí)17.5小時(shí)，則它的飛行速度為多少千米/小時(shí)？
（3）為降低飛行時(shí)的能量消耗，該機(jī)選用新型輕質(zhì)材料，取面積為1平方米，厚度為1毫米的新型材料，測得其質(zhì)量為250克，則該材料的密度為多少？
（4）該機(jī)計(jì)劃從南京起飛后直飛美國夏威夷，是此次環(huán)球航行中最具挑戰(zhàn)性的一段航程．飛行時(shí)間長達(dá)120小時(shí)，飛行過程中依靠平均功率為10千瓦的電動機(jī)提供動力，其消耗的能量全部由電池板吸收的太陽能提供，則此段航行中至少需要吸收多少太陽能？（太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率約為30%）

Answer 1

分析 （1）發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，判斷其能量轉(zhuǎn)化，要看清該過程中的初始能量和最終形成的能量，進(jìn)而判斷出能量的轉(zhuǎn)化過程．
（2）已知飛機(jī)飛行航程約為1260千米，用時(shí)17.5小時(shí)，利用速度公式求解；
（3）根據(jù)V=Sh求得新型材料的體積，已知質(zhì)量，利用密度公式求解；
（4）已知飛機(jī)飛行過程中依靠平均功率為10千瓦的電動機(jī)提供動力，利用P=$\frac{W}{t}$可求得其消耗的能量，已知其消耗的能量全部由電池板吸收的太陽能提供，太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率約為30%，然后可求此段航行中至少需要吸收多少太陽能．

解答 解：（1）電池板白天將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)對蓄電池充電，進(jìn)而將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
（2）飛行速度v=$\frac{s}{t}$=$\frac{1260km}{17.5h}$=72km/h，
（3）材料的體積V=Sh=1m²×0.001m=1×10^-3m³，m=250g=0.25kg，
該材料的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.25kg}{1×{10}^{-3}{m}^{3}}$=0.25×10³kg/m³．
（4）由P=$\frac{W}{t}$可得，飛機(jī)飛行消耗的能量W=Pt=10000W×120×3600s=4.32×10⁹J，
則此段航行吸收的太陽能W′=$\frac{W}{η}$=$\frac{4.32×1{0}^{9}J}{30%}$=1.44×10¹⁰J．
答：（1）電；化學(xué)；
（2）它的飛行速度為72km/h；
（3）該材料的密度為0.25×10³kg/m³；
（4）則此段航行中至少需要吸收1.44×10¹⁰J太陽能

點(diǎn)評 本題以太陽能飛機(jī)為背景，考查了能量的轉(zhuǎn)化、密度的計(jì)算、電功的計(jì)算、速度的計(jì)算等多個(gè)知識點(diǎn)，是一道綜合性較強(qiáng)的題目．