Question

2．隨著新能源、低碳等理念的普及，小明設(shè)想出了一種完全以太陽能電池為能源的汽車，以下是他查到的一些數(shù)據(jù)：陽光穿過太空和地球周圍的大氣層到達(dá)地面，每m²接收到的太陽輻射的功率約為700W，目前太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率最高約為15%；假設(shè)一輛太陽能電池車的質(zhì)量約為750kg，期望達(dá)到的最高時(shí)速為36km/h，已知車輛行駛過程中的平均阻力約為車重的0.02倍，車身最多能敷設(shè)的太陽能電池板的面積約為8m²，驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率．
（1）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，通過計(jì)算說明太陽能汽車的最高時(shí)速能否達(dá)到36km/h？
（2）為進(jìn)一步提高太陽能汽車的行駛速度，請(qǐng)你提出改進(jìn)措施（至少寫出兩條）

Answer 1

分析 （1）知道太陽能電池車的總質(zhì)量，可利用公式G=mg計(jì)算出電池車的重力，該車做勻速運(yùn)動(dòng)，則推力等于該車受到的阻力，知道車輛行駛過程中的平均阻力約為車重的0.02倍，從而可以計(jì)算出推力的大小，要知道汽車行駛的速度，可利用公式p=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv計(jì)算出汽車前進(jìn)的速度；

解答 解：（1）已知，m=750kg，g=10N/kg，
所以汽車的重力為：
G=mg=750kg×10N/kg=7500N，
而該車做勻速運(yùn)動(dòng)，則推力等于該車受到的阻力，
因?yàn)檐囕v行駛過程中的平均阻力約為車重的0.02倍，
所以推力的大小為：
F=f=0.02G=0.02×7500N=150N，
車身最多能敷設(shè)的太陽能電池板的面積約為8m²，汽車接受太陽能的功率：
P=P₀S=700W×8=5600W，
轉(zhuǎn)化電能的功率：
P_電=η₁×P=15%×5600W=840W，
驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率：
P_機(jī)械=η₂×P_電=90%×840W=756W，
由公式p=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得汽車前進(jìn)的速度：
v=$\frac{{P}_{機(jī)械}}{F}$=$\frac{756W}{150N}$=5.04m/s=5.04×3.6km/h=18.144km/h＜36km/h，
故太陽能汽車的最高時(shí)速不能達(dá)到36km/h；
（2）由公式p=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，要提高汽車的速度，應(yīng)提高太陽能汽車的機(jī)械功率，改進(jìn)措施①增大接收到的太陽輻射的功率；②減輕太陽能汽車的重力．
答：（1）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，通過計(jì)算說明太陽能汽車的最高時(shí)速不能達(dá)到36km/h；
（2）為進(jìn)一步提高太陽能汽車的行駛速度，提出改進(jìn)措施①增大接收到的太陽輻射的功率；②減輕太陽能汽車的重力．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了重力、推力、功率的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，本題還告訴我們一定要廣泛應(yīng)用太陽能，太陽能不但節(jié)省能源，還可以環(huán)保．