Question

9．2015年4月21日，重達2.3噸的世界上最大的太陽能飛機“陽光動力2號”降落在南京機場．如圖114所示，該飛機機身和機翼均采用極輕的碳纖維材料，機翼上安裝有高效太陽能電池板，能提供65kW的最大功率，該飛機的最大飛行速度為140km/h．假設(shè)飛機停在水平地面時輪與地面的總接觸面積為0.1m²，g取10N/kg．求：
（1）飛機在水平飛行時，受到的升力的大�。�
（2）當(dāng)飛機發(fā)動機的輸出功率保持60kW，并以108km/h的速度水平勻速飛行時，發(fā)動機的牽引力大�。�
（3）若飛機發(fā)動機保持60kW的輸出功率勻速飛行1h，發(fā)動機輸出的能量為多大？
這些能量相當(dāng)于多少升的航空燃油完全燃燒時釋放的能量？（航空燃油的熱值取4×10⁷J/kg，密度取0.75×10³ kg/m³）．

Answer 1

分析 （1）飛機在水平飛行時，受到平衡力的作用，由此計算升力的大��；
（2）根據(jù)公式P=$\frac{W}{t}$=Fv計算牽引力的大��；
（3）根據(jù)W=Pt計算發(fā)動機輸出的能量；根據(jù)m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{W}{q}$計算燃料的質(zhì)量，由V=$\frac{m}{ρ}$計算燃料的體積．

解答 解：
（1）飛機在水平飛行時，飛機受到豎直身上的升力與重力是一對平衡力，
所以升力的大小：F_升=G=mg=2.3×10³kg×10N/kg=2.3×10⁴N；
（2）飛機速度v=108km/h=30m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，飛機水平勻速飛行時的牽引力：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{60×1{0}^{3}W}{30m/s}$=2×10³N；
（3）由P=$\frac{W}{t}$得：
W=Pt=60×10³W×3600s=2.16×10⁸J；
由Q=qm得：
m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{2.16×1{0}^{8}J}{4×1{0}^{7}J/kg}$=5.4kg，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得航空燃油的體積：
V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{5.4kg}{0.75×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=7.2×10^-3m³=7.2L．
答：（1）飛機在水平飛行時，受到的升力為2.3×10⁴N；
（2）發(fā)動機的牽引力大小2×10³N；
（3）發(fā)動機輸出的能量為2.16×10⁸J；這些能量相當(dāng)于7.2L的航空燃油完全燃燒時釋放的能量．

點評 本題主要考查了二力平衡、功和功率、熱值、密度的有關(guān)計算，考查全面，難度適中，能熟練運用公式即可解題，要注意物理的單位統(tǒng)一．