Question

20．閱讀材料，回答問題：
“陽光動力2號”太陽能飛機
4月21日，世界上最大的太陽能飛機“陽光動力2號”（如圖1）飛抵南京，該飛機的表面使用一種碳纖維材料，其承載力要比一般材料更好，但質(zhì)量僅與一輛小汽車相差無幾，飛機上設(shè)有的通話、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，可隨時保證飛機與底面的聯(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支流電動機提供動力，同時對鋰電池充電以保證夜間或陰雨天不間斷飛行，晚上依靠儲存的鋰電池里的電能繼續(xù)飛行，并逐漸下降到1500米的高度，以減少耗能．飛機的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表：

飛機凈/總質(zhì)量	2300/3600kg	發(fā)動機最大功率	54kW
鋰電池能量密度	0.25kw•h/kg	發(fā)動機轉(zhuǎn)換效率	90%
鋰電池的總質(zhì)量	630kg	--

（1）下列關(guān)于該飛機的說法中，正確的是D
A．飛機依靠超聲波與地面聯(lián)系
B．飛機升空的原理與直升機相同
C．飛機的鋰電池質(zhì)量越大越好
D．表面使用的碳纖維具有強度大，密度小的特點
（2）圖2所示的實驗中，能反映電動機工作原理的是圖B，白天飛機在高海拔高度飛行而晚上逐漸下降至低海拔飛行，從節(jié)能角度分析，這樣飛行的優(yōu)點是白天可最大化利用太陽能（或晚上半滑翔飛行，可節(jié)約能源）（至少說出一點）．
（3）某次飛機飛行消耗了鋰電池總儲存量的20%，則發(fā)電機輸出的機械能1.0206×10⁸J，若這些機械能改由液態(tài)氫來提供，不考慮能量損失，需要完全燃燒氫氣0.729m³．（已知液態(tài)氫的熱值為1.4×10⁸J/m³）．
（4）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15m/s速度沿水平方向運動時，發(fā)動機輸出的功率為6750W．
（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(guān)系如圖3丙所示，如圖3丁的檢測電路采用了“穩(wěn)流電源”（電源輸出的電流恒定），要使高度表（實質(zhì)是電流表或電壓表）示數(shù)能隨飛行高度的增大而增大，則此高度表應(yīng)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”）．

Answer 1

分析 （1）真空不能傳播聲音，電磁波可以在真空中傳播；飛機升空利用到流體壓強，直升機靠空氣對螺旋槳產(chǎn)生向上的力升空；電池質(zhì)量大影響飛機承載量；制造飛機選擇的材料應(yīng)符合強度大，密度小的要求；
（2）電動機是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受力的原理制成的；根據(jù)白天盡可能多的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，晚上借助高空到低空過程滑翔節(jié)約電能角度分析說明；
（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(zhuǎn)換效率計算發(fā)電機輸出的機械能；根據(jù)W=Q=Vq計算需要完全燃燒氫氣的體積；
（4）根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=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15m/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(yīng)是電壓表；結(jié)合圖丙分析高度表示數(shù)刻度是否均勻．

解答 解：
（1）A、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．故A錯誤；
B、快速運動的飛機利用機翼上下表面的空氣壓強差而產(chǎn)生向上的壓力差升空；直升機的螺旋槳轉(zhuǎn)動時對空氣產(chǎn)生向下的力，由于力的作用是相互的，空氣對它產(chǎn)生向上的力而升空．故B錯誤；
C、飛機的鋰電池質(zhì)量越大，飛機的載貨量越小，不符合實際，故C錯誤；
D、飛機表面使用的碳纖維強度大，承載力大，密度小的可減小飛機質(zhì)量，故D正確．
（2）由圖2中A是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原理圖，B是通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用原理圖，故選B；
白天在高海拔處飛行，光照強度大，太陽能電池板能將更多的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，晚上由高海拔向低海拔飛行過程中飛機可以靠滑翔下降，這樣能節(jié)約能量．
（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_機=20%×90%×157.5kW•h=28.35kW•h=28.35×3.6×10⁶J=1.0206×10⁸J，
由題W_機=Q=Vq，不考慮能量損失，
需要完全燃燒氫氣體積：V=$\frac{{W}_{機}}{q}$=$\frac{28.35×3.6×1{0}^{6}J}{1.4×1{0}^{8}J/{m}^{3}}$=0.729m³．
（4）P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=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=$\frac{{P}_{最大}}{v}$=$\frac{54×1{0}^{3}W}{30m/s}$=1.8×10³N；
（5）飛機沿水平方向飛行過程中所受阻力與速度成正比，即：
$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$=$\frac{{{v}_{1}}^{2}}{{{v}_{2}}^{2}}$，
則當飛機以15m/s速度沿水平方向運動時，發(fā)動機的推力：
F₂=f₂=$\frac{{f}_{1}{{v}_{2}}^{2}}{{{v}_{1}}^{2}}$=$\frac{1.8×1{0}^{3}N×（15m/s）^{2}}{（30m/s）^{2}}$=450N，
發(fā)動機輸出的功率：
P₂=F₂v₂=450N×15m/s=6750W．
（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(yīng)是電壓表，由丙說明R₁高度h成一次函數(shù)關(guān)系，所以電壓表應(yīng)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）D；（2）B；白天可最大化利用太陽能（或晚上半滑翔飛行，可節(jié)約能源）（3）1.0206×10⁸； 0.729；（4）1.8×10³；6750．（5）3；均勻．

點評 本題考查了電磁波應(yīng)用、電動機原理、能量轉(zhuǎn)化、熱值、功率計算等，涉及的知識點多，綜合性強，屬于一道難題．要能正確理解題意才能順利解題．