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“陽光動力2號”太陽能飛機
世界最大的太陽能飛機“陽光動力2號”(如圖甲)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(wǎng)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.
飛機的有關技術參數(shù)如表:
飛機凈/總質量  kg2300/3600發(fā)動機最大功率  kw54
鋰電池能量密度  kw•h/kg0.25發(fā)動機轉換效率90%
鋰電池的總質量  kg630----------
(1)太陽能屬于新能源(選填“常規(guī)”或“新”).飛機表面的碳纖維材料具有硬度大、密度小的物理特性.飛行過程中駕駛員依靠電磁波(選填“超聲”、“次聲”或“電磁”)與地面進行通話聯(lián)系.
(2)圖丁所示實驗中,能反映電動機工作原理的是A.
(3)某次飛行消耗了鋰電池總儲存量的20%,則發(fā)動機輸出的機械能為1.0206×108J,若這些機械能改由航空燃油來提供,不計能量損失,需要完全燃燒氫氣2.4kg.
(已知航空燃油的熱值為4.25×107J/kg).
(4)飛機在最大功率下,以30m/s的速度沿水平方向正常巡航,所受的阻力為1.8×103N,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,則當飛機以20m/s速度沿水平方向運行時,發(fā)動機輸出的功率為16000W.
(5)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,如圖丙所示的檢測電路采用了“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)的示數(shù)能隨飛行高度的增大而增大,則此高度表應安裝在3(選填“1”、“2”或“3”)位置,該高度表示數(shù)刻度均勻(選填“均勻”或“不均勻”).

分析 (1)①常規(guī)能源也叫傳統(tǒng)能源,是指已經大規(guī)模生產和廣泛利用的能源;新型能源是相對于常規(guī)能源而言的,包括太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物能、氫能以及用于核能發(fā)電的核燃料等能源;
②制造飛機選擇的材料應符合強度大,密度小的要求;
③真空不能傳播聲音,電磁波可以在真空中傳播;
(2)電動機是根據(jù)通電導體在磁場中受力的原理制成的;
(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)動機轉換效率計算發(fā)電機輸出的機械能;根據(jù)W=Q=mq計算需要完全燃燒氫氣的質量;
(4)根據(jù)P=Wt=Fst=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20m/s速度沿水平方向運動時,發(fā)動機輸出的功率;
(5)檢測電路采用了“穩(wěn)流電源”由此知高度表應是電壓表;結合圖丙分析高度表示數(shù)刻度是否均勻.

解答 解:(1)太陽能是人類剛開始利用或正在著手開發(fā)的能源,是新能源;
飛機表面使用的碳纖維強度大,承載力大,其密度小可減小飛機質量;
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;
(2)電動機工作原理是通電導體在磁場中受力運動;
由圖丁中A是通電導體在磁場中受到力的作用原理圖;B是電磁感應現(xiàn)象的原理圖;C是電磁繼電器的原理圖;D是電磁感應現(xiàn)象的原理圖,故選A;
(3)由表格數(shù)據(jù)可知:飛機的鋰電池總的儲存能量:
W=0.25kW•h/kg×630kg=157.5kW•h,
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=20%×90%×157.5kW•h=28.35kW•h=28.35×3.6×106J=1.0206×108J,
由題W=Q=mq,不考慮能量損失,
需要完全燃燒氫氣的質量:m=Wq=1.0206×108J4.25×107J/kg=2.4kg;
(4)P=Wt=Fst=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=Pv=54×103W30m/s=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:f1f2=v21v22,
則當飛機以20m/s速度沿水平方向運動時,發(fā)動機的推力:
F2=f2=f1v22v21=1.8×103N×20m/s230m/s2=800N,
發(fā)動機輸出的功率:
P2=F2v2=800N×20m/s=16000W;
(5)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,所以高度計應是電壓表,由丙說明R1高度h成一次函數(shù)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(shù)是均勻.
故答案為:(1)新;密度;電磁;(2)A;(3)1.0206×108;2.4;(4)1.8×103;16000;(5)3;均勻.

點評 本題考查了電磁波應用、電動機原理、能量轉化、熱值、功率計算等,涉及的知識點多,綜合性強,要能正確理解題意才能順利解題.

練習冊系列答案
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