Question

17．閱讀短文，解答問題．
如圖甲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，排水量為60噸．“尚德國盛號”駕駛室里有一個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1.7×10⁴kW•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）如果該船滿載乘客從東海駛?cè)朦S浦江，游船所受到的浮力大小不變，船體排開水的體積將增大（選填“減小”、“增大”或“不變”）．（己知ρ海水＞ρ江水）．
（2）LED燈可以將電能直接轉(zhuǎn)化為光能，小明對LED燈很感興趣，拆開了自己新買的LED節(jié)能手電筒，發(fā)現(xiàn)燈頭里有2只相同規(guī)格的LED燈泡．請你幫小明判斷一下2只LED燈泡是怎樣連接的，寫出判斷方法：
操作方法：擰去一支燈泡，觀察另一支燈泡是否發(fā)光
判斷依據(jù)：如果發(fā)光則是并聯(lián)，不發(fā)光則是串聯(lián)
（3）某次運行中游船以300kW的恒定功率啟動并保持該恒定功率沿直線運行，行駛過程中所受阻力不變，速度由零逐漸增大至最大值后保持勻速直線運動．運動過程中牽引力F與速度的倒數(shù)（$\frac{1}{v}$）的關(guān)系圖線如圖乙中的實線所示，則游船運動的最大速度為5m/s，游船運行過程中所受阻力為6×10⁴N．

（4）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)化成電能的效率是多大？（已知標準煤的熱值為3.0×107J/kg ）

Answer 1

分析 （1）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；
（2）根據(jù)串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點判斷；
（3）游船以恒定功率沿直線運行時，根據(jù)P=Fv可知牽引力最小時，游船運動的速度最大，并結(jié)合乙圖得出其大小，再根據(jù)P=$\frac{W}{t}$的推導公式求出受到的牽引力，利用二力平衡條件求出受到的阻力；
（4）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）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．
（2）兩LED燈泡能獨立工作、互不影響時為并聯(lián)，否則為串聯(lián)，所以可以擰去一只LED燈泡，觀察另一燈是否發(fā)光，如發(fā)光則是并聯(lián)，如不發(fā)光則為串聯(lián)；
（3）游船以恒定功率沿直線運行時，牽引力最小時，輪船運動的速度最大，
由圖乙可知，$\frac{1}{v}$=0.2m^-1•s，即最大速度v=5m/s；
最大速度時，受到的牽引力最小，P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，所以，
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{300{×10}^{3}W}{5m/s}$=6×10⁴N，
因輪船勻速直線運動時，受到的阻力和牽引力是一對平衡力，
最小阻力f=F=6×10⁴N．
（4）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%=$\frac{6.12{×10}^{10}J}{1.86{×10}^{11}J}$×100%≈32.9%．
故答案為：
（1）不變；增大；
（2）一次；擰去一只LED燈泡，觀察另一燈是否發(fā)光，如發(fā)光則是并聯(lián)，如不發(fā)光則為串聯(lián)；
（3）5；6×10⁴；
（4）完全燃燒標準煤產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能的效率約為32.9%．

點評 本題以先進的科技為背景，考查了學生對物體的漂浮條件、阿基米德原理、電路串并聯(lián)的辨別、識圖能力、功率公式、二力平衡條件、能量利用率等知識，綜合性強，有一定難題．