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化為電能．
（2）如果該船滿載乘客從東海駛入黃浦江，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速方式，在效率一定時，其耗電功率與轉速的立方成正比，而行駛速度與電機轉速成正比，下列關于游船勻速直線行駛時，所受阻力f與車速v的關系圖線，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生的內能轉化成電能的效率是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化為電能；
（2）船滿載排水量是指排開水的質量，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入黃浦江，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，其耗電功率與轉速的立方成正比，而行駛速度與電機轉速成正比，再由P=Fv=fv可知，所受阻力f與車速v的關系圖線；
（5）根據(jù)Q=mq求出完全燃燒6.2×10³kg標準煤產生的內能，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生的內能轉化成電能的效率．

解答 解：（1）GPS接收器通過接收衛(wèi)星發(fā)射的導航信號，實現(xiàn)對車輛的精確定位并導航．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入黃浦江，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）設電機的轉速為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速成正比，所以v=k₂n-----④
則轉速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標準煤產生的內能：
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，靈活應用所學知識是關鍵．