Question

10．阅读短文，解答问题．
如图1所示是我国第一艘太阳能混合动力游船“尚德国盛号”．其最具特色的太阳翼采用高效晶硅异型太阳能电池板拼装而成，整艘船最多可容纳170位旅客，满载时排水量为60吨．“尚德国盛号”驾驶室里有-个GPS（全球卫星定位系统）接收器装置，全船照明均采用节能型灯泡及LED灯，大大降低能源损耗，“尚德国盛号”年发电量可达1.7×10⁴ kW•h，相当于每年节约标准煤约6.2×10³kg，每年可减少二氧化碳排放量约15.7t．
（1）卫星通过发射电磁波向GPS接收器传送信息．太阳能是新能源（选填“常规”或“新”），太阳能电池板是将太阳能转化为电能．
（2）如果该船满载乘客从东海驶入黄浦江，游船所受到的浮力为6×10⁵N，船体排开水的体积将增大（选填“减小”、“增大”或“不变”）．（已知g取10N/kg，ρ_海水＞ρ_江水）．
（3）LED灯是一种高效的节能光源，该LED灯泡的额定电压为36V、额定功率为3W，若它每天正常发光5h，一个月（30天）消耗的电能是0.45kW•h，与普通白炽灯相比，在达到相同亮度的条件下，假设LED灯可以节约90%的电能，则这个LED灯与功率为30W的白炽灯亮度相当．
（4）该游船三相交流变频电机采用交流调速方式，在效率一定时，其耗电功率与转速的立方成正比，而行驶速度与电机转速成正比，下列关于游船匀速直线行驶时，所受阻力f与车速v的关系图线，图2中正确的是D

（5）若仅采用标准煤给“尚德国盛号”提供电能，为使其仍达到现行的年发电量，求完全燃烧标准煤产生的内能转化成电能的效率是32.9%．（已知标准煤的热值为3.0×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）GPS接收器接收的是电磁波；常规能源有煤、石油、天然气；新能源有太阳能、水能、核能等；太阳能电池将太阳能转化为电能；
（2）船满载排水量是指排开水的质量，利用G=mg可求其重力，利用阿基米德原理可得受到的浮力；船满载乘客从东海驶入黄浦江，都是漂浮，根据物体的漂浮条件确定受到的浮力变化情况，然后根据阿基米德原理判断船体排开水体积的变化；
（3）求出正常工作时间，利用W=Pt求消耗的电能；假设LED灯和白炽灯相比可以节约90%的电能，求出白炽灯消耗的电能，利用P=$\frac{W}{t}$求白炽灯的功率；
（4）由于在效率一定时，其耗电功率与转速的立方成正比，而行驶速度与电机转速成正比，再由P=Fv=fv可知，所受阻力f与车速v的关系图线；
（5）根据Q=mq求出完全燃烧6.2×10³kg标准煤产生的内能，把电能的单位换算成焦耳，然后利用效率公式求出完全燃烧标准煤产生的内能转化成电能的效率．

解答 解：（1）GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航．卫星向GPS接收器传送信息依靠的是电磁波；太阳能是新能源，太阳能电池板是将太阳能转化为电能．
（2）满载时排水量m_排=60t=6×10⁴kg，
受到的浮力F_浮=G_排=m_排g=6×10⁴kg×10N/kg=6×10⁵N；
船满载乘客从东海驶入黄浦江，都是漂浮，受到的浮力都等于船和乘客总重，受到的浮力不变；因海水的密度大于河水的密度，所以根据F_浮=ρ_液gV_排可知，船体排开水的体积将增大；
（3）正常工作时间：t=5h×30=150h，
消耗的电能：
W=Pt=0.003kW×150h=0.45kW•h；
假设LED灯和白炽灯相比可以节约90%的电能，则LED灯消耗的电能为白炽灯消耗电能的10%；
白炽灯消耗的电能：
W′=$\frac{W}{10%}$=$\frac{0.45kW•h}{10%}$=4.5kW•h，
白炽灯的功率：
P′=$\frac{W′}{t}$=$\frac{4.5kW•h}{150h}$=0.03kW=30W．
（4）设电机的转速为n，船的行驶速度为v，
根据题意得：P_电=k₁n³ ----①（k为比例系数，下同）
游船匀速行驶时，获得的机械能P_机械=F_牵v=fv------②，
设效率为η，
所以P_机械=P_电η，
即fv=k₁n³-----③
而行驶速度与电机转速成正比，所以v=k₂n-----④
则转速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（$\frac{{k}_{1}}{{{k}_{2}}^{3}}$是一个定值，设为新的比例函数）
由此说明阻力f与船速v的平方成正比，其关系为二次函数，图象为开口向上的抛物线．故选D；
（5）完全燃烧6.2×10³kg标准煤产生的内能：
Q=mq=6.2×10³kg×3.0×10⁷J/kg=1.86×10¹¹J，
每年的发电量：
W=1.7×10⁴ kW•h=1.7×10⁴×3.6×10⁶J=6.12×10¹⁰J，
转化效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{6.12×1{0}^{10}J}{1.86×1{0}^{11}J}$×100%≈32.9%．
故答案为：（1）电磁波；新；电能；（2）6×10⁵；增大；（3）0.45；30；（4）D；（5）32.9%．

点评 本题考查了电磁波的应用、能源分类、浮力计算、电能的计算、电功率的计算、效率的计算等，知识点多、综合性强，属于难题，认真审题，灵活应用所学知识是关键．