Question

12．Quaranta是當(dāng)前問世的外表最圓潤同時(shí)也最富動(dòng)感的太陽能汽車之一（如圖甲所示）．其前風(fēng)窗玻璃和頂蓋玻璃皆采用防太陽輻射的層壓玻璃制作而成，車身輕便靈活．電池完全由太陽能供能--通過安裝在車頂和前端的電池板收集太陽能．某輛太陽能汽車接收太陽光能的面板面積S=8m²，正對(duì)太陽時(shí)產(chǎn)生U=120V的電壓，并對(duì)整車提供最大為10A的電流，機(jī)車最大可獲得800W的機(jī)械功率．太陽光照射到地面上1m²面積上的輻射功率P₀=1.0×10³W．

（1）Quaranta在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用了流體力學(xué)的知識(shí)．如圖乙所示，當(dāng)汽車行駛時(shí)，流過它上方的空氣速度比下方空氣速度大，此時(shí)，上方空氣壓強(qiáng)比下方空氣壓強(qiáng)�。ㄟx填“大”或“小”）．
（2）若設(shè)計(jì)Quaranta車身的材料應(yīng)具有強(qiáng)度高且輕便的特點(diǎn)，則如表所列的材料中，最為理想的是碳纖維．        

	錳鋼	鋁合金	鈦合金	碳纖維
性能（強(qiáng)度）	強(qiáng)	較弱	較強(qiáng)	強(qiáng)
密度/kg•m-3	7.9×103	3.0×103	4.5×103	1.6×103

（3）求太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率．
（4）若該汽車在水平路面上以最大機(jī)械功率P運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后再將功率減小到P₁，并保持此功率運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖線如圖丙所示，設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中小車所受阻力恒定不變．求該車運(yùn)動(dòng)時(shí)功率P₁的大�。�

Answer 1

分析 （1）流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系：流速越大，壓強(qiáng)越小；流速越小，壓強(qiáng)越大；
（2）根據(jù)表格給出的信息，分析材料的特點(diǎn)選擇；要求材料強(qiáng)度大而密度要小，根據(jù)表中數(shù)據(jù)選擇所需材料．
（3）求出獲得的太陽能與獲得的電能，然后求出效率．
（4）由圖象求出車的速度，由公式P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求功率．

解答 解：
（1）飛機(jī)機(jī)翼上方的空氣流速大、壓強(qiáng)小，機(jī)翼下方流速小、壓強(qiáng)大，氣體就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的壓力差，這就是飛機(jī)升力的產(chǎn)生原因；
（2）若設(shè)計(jì)Quaranta車身的材料應(yīng)具有強(qiáng)度高且輕便的特點(diǎn)，則根據(jù)表所列的材料中，最為理想的是碳纖維；
（3）根據(jù)題意可得，太陽能電池的效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{W}$=$\frac{UIt}{{P}_{0}St}$=$\frac{120V×10A}{1000W×8{m}^{2}}$×100%=15%；
（4）由題意和圖乙可知，車以最大機(jī)械功率P運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度為10m/s，
根據(jù)P=Fv可得車的牽引力：F=$\frac{P}{v}$=$\frac{800W}{10m/s}$=80N，
由于車做勻速運(yùn)動(dòng)，則所受摩擦力f=F=80N；
當(dāng)功率減小到P₁，汽車以6m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力大小與速度無關(guān)，摩擦力仍然為80N，
故此時(shí)車的牽引力F₁=f=80N；
此時(shí)車的功率：P₁=F₁v=80N×6m/s=480W．
答：（1）��；
（2）碳纖維；
（3）太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為15%；
（4）功率P₁的大小為480W．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合題，涉及的知識(shí)點(diǎn)很多，但難度不大，認(rèn)真審題，應(yīng)用相關(guān)知識(shí)點(diǎn)即可正確解題．