Question

10．閱讀短文，解答問題．
如圖1所示是我國第一艘太陽能混合動力游船“尚德國盛號”．其最具特色的太陽翼采用高效晶硅異型太陽能電池板拼裝而成，整艘船最多可容納170位旅客，滿載時排水量為60噸．“尚德國盛號”駕駛室里有-個GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）接收器裝置，全船照明均采用節(jié)能型燈泡及LED燈，大大降低能源損耗，“尚德國盛號”年發(fā)電量可達1.7×10⁴ kW•h，相當于每年節(jié)約標準煤約6.2×10³kg，每年可減少二氧化碳排放量約15.7t．
（1）衛(wèi)星通過發(fā)射電磁波向GPS接收器傳送信息．太陽能是新能源（選填“常規(guī)”或“新”），太陽能電池板是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）如果該船滿載乘客從東海駛?cè)朦S浦江，游船所受到的浮力為6×10⁵N，船體排開水的體積將增大（選填“減小”、“增大”或“不變”）．（已知g取10N/kg，ρ_海水＞ρ_江水）．
（3）LED燈是一種高效的節(jié)能光源，該LED燈泡的額定電壓為36V、額定功率為3W，若它每天正常發(fā)光5h，一個月（30天）消耗的電能是0.45kW•h，與普通白熾燈相比，在達到相同亮度的條件下，假設(shè)LED燈可以節(jié)約90%的電能，則這個LED燈與功率為30W的白熾燈亮度相當．
（4）該游船三相交流變頻電機采用交流調(diào)速方式，在效率一定時，其耗電功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，而行駛速度與電機轉(zhuǎn)速成正比，下列關(guān)于游船勻速直線行駛時，所受阻力f與車速v的關(guān)系圖線，圖2中正確的是D

（5）若僅采用標準煤給“尚德國盛號”提供電能，為使其仍達到現(xiàn)行的年發(fā)電量，求完全燃燒標準煤產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能的效率是32.9%．（已知標準煤的熱值為3.0×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）GPS接收器接收的是電磁波；常規(guī)能源有煤、石油、天然氣；新能源有太陽能、水能、核能等；太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）船滿載排水量是指排開水的質(zhì)量，利用G=mg可求其重力，利用阿基米德原理可得受到的浮力；船滿載乘客從東海駛?cè)朦S浦江，都是漂浮，根據(jù)物體的漂浮條件確定受到的浮力變化情況，然后根據(jù)阿基米德原理判斷船體排開水體積的變化；
（3）求出正常工作時間，利用W=Pt求消耗的電能；假設(shè)LED燈和白熾燈相比可以節(jié)約90%的電能，求出白熾燈消耗的電能，利用P=$\frac{W}{t}$求白熾燈的功率；
（4）由于在效率一定時，其耗電功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，而行駛速度與電機轉(zhuǎn)速成正比，再由P=Fv=fv可知，所受阻力f與車速v的關(guān)系圖線；
（5）根據(jù)Q=mq求出完全燃燒6.2×10³kg標準煤產(chǎn)生的內(nèi)能，把電能的單位換算成焦耳，然后利用效率公式求出完全燃燒標準煤產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能的效率．

解答 解：（1）GPS接收器通過接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號，實現(xiàn)對車輛的精確定位并導(dǎo)航．衛(wèi)星向GPS接收器傳送信息依靠的是電磁波；太陽能是新能源，太陽能電池板是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）滿載時排水量m_排=60t=6×10⁴kg，
受到的浮力F_浮=G_排=m_排g=6×10⁴kg×10N/kg=6×10⁵N；
船滿載乘客從東海駛?cè)朦S浦江，都是漂浮，受到的浮力都等于船和乘客總重，受到的浮力不變；因海水的密度大于河水的密度，所以根據(jù)F_浮=ρ_液gV_排可知，船體排開水的體積將增大；
（3）正常工作時間：t=5h×30=150h，
消耗的電能：
W=Pt=0.003kW×150h=0.45kW•h；
假設(shè)LED燈和白熾燈相比可以節(jié)約90%的電能，則LED燈消耗的電能為白熾燈消耗電能的10%；
白熾燈消耗的電能：
W′=$\frac{W}{10%}$=$\frac{0.45kW•h}{10%}$=4.5kW•h，
白熾燈的功率：
P′=$\frac{W′}{t}$=$\frac{4.5kW•h}{150h}$=0.03kW=30W．
（4）設(shè)電機的轉(zhuǎn)速為n，船的行駛速度為v，
根據(jù)題意得：P_電=k₁n³ ----①（k為比例系數(shù)，下同）
游船勻速行駛時，獲得的機械能P_機械=F_牽v=fv------②，
設(shè)效率為η，
所以P_機械=P_電η，
即fv=k₁n³-----③
而行駛速度與電機轉(zhuǎn)速成正比，所以v=k₂n-----④
則轉(zhuǎn)速n=$\frac{v}{{k}^{2}}$------⑤
把⑤代入③整理得：
f=$\frac{{k}_{1}n{v}^{2}}{{{k}_{2}}^{3}}$=kv²（$\frac{{k}_{1}}{{{k}_{2}}^{3}}$是一個定值，設(shè)為新的比例函數(shù)）
由此說明阻力f與船速v的平方成正比，其關(guān)系為二次函數(shù)，圖象為開口向上的拋物線．故選D；
（5）完全燃燒6.2×10³kg標準煤產(chǎn)生的內(nèi)能：
Q=mq=6.2×10³kg×3.0×10⁷J/kg=1.86×10¹¹J，
每年的發(fā)電量：
W=1.7×10⁴ kW•h=1.7×10⁴×3.6×10⁶J=6.12×10¹⁰J，
轉(zhuǎn)化效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{6.12×1{0}^{10}J}{1.86×1{0}^{11}J}$×100%≈32.9%．
故答案為：（1）電磁波；新；電能；（2）6×10⁵；增大；（3）0.45；30；（4）D；（5）32.9%．

點評 本題考查了電磁波的應(yīng)用、能源分類、浮力計算、電能的計算、電功率的計算、效率的計算等，知識點多、綜合性強，屬于難題，認真審題，靈活應(yīng)用所學(xué)知識是關(guān)鍵．