Question

9．閱讀短文，回答問題．
“陽光動力2號”太陽能飛機
4月21日，世界最大的太陽能飛機“陽光動力2號”（如圖甲所示）飛抵南京．該飛機的表面使用一種碳纖維材料，其承載能力要比一般材料更好，但質量僅與一輛小型汽車相差無幾．飛機上設有的通話、網(wǎng)絡等設備，可隨時保證飛機與地面的聯(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直流電動機提供動力，同時對鋰電池充電以保證夜間或陰雨天不間斷飛行．晚上，依靠儲存在鋰電池里的電能繼續(xù)飛行，并逐漸下降到1500米的高度，以減少能耗．飛機的有關技術參數(shù)如表：

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

（1）下列關于該飛機的說法中，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）白天飛機在高海拔高度飛行，而晚上逐漸下降至低海拔高度飛行，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)動機輸出的機械能為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速度沿水平方向運行時，發(fā)動機輸出的功率為6.75×10³W．
（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的關系如圖乙所示，如圖丙所示的檢測電路采用了“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，則此高度表應安裝在3（1/2/3）位置，該高度表示數(shù)刻度均勻（均勻/不均勻）．

Answer 1

分析 （1）①真空不能傳播聲音，電磁波可以在真空中傳播；②飛機升空利用到流體壓強，直升機靠空氣對螺旋槳產(chǎn)生向上的力升空的；
③電池質量大影響飛機承載量；④制造飛機選擇的材料應符合強度大，密度小的要求；
（2）根據(jù)白天盡可能多的將太陽能轉化為電能，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)動機轉換效率計算發(fā)電機輸出的機械能；
不考慮能量損失，由題意知Q=W求出氫氣完全燃燒放出的熱量，然后根據(jù)Q=Vq的變形公式V=$\frac{Q}{q}$求出需要完全燃燒氫氣的體積；
（4）根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的變形公式F=$\frac{P}{v}$求出飛行時發(fā)動機的推力，從而得到阻力大�。�
根據(jù)阻力與速度平方成正比求出飛機以15m/s速度沿水平方向運動時的阻力，進而得出發(fā)動機的推力，根據(jù)P=Fv求出發(fā)動機輸出的功率；
（5）檢測電路采用了“穩(wěn)流電源”由此知高度表應是電壓表；結合圖丙分析高度表示數(shù)刻度是否均勻．

解答 解：（1）A、聲音不能在真空中傳播，而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，而是依靠電磁波與地面聯(lián)系，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量，故D正確．
（2）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=5.76×10⁸J，
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%×5.76×10⁸J=1.0206×10⁸J，
由題意知，不考慮能量損失，Q_放=W_機=1.0206×10⁸J，
由Q_放=Vq得，需要完全燃燒氫氣體積：
V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.0206×1{0}^{8}J}{1.4×1{0}^{8}J/{m}^{3}}$=0.729m³．
（4）發(fā)動機最大功率P₁=54kW=5.4×10⁴W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，飛機在最大功率下發(fā)動機的推力：
F₁=$\frac{{P}_{1}}{{v}_{1}}$=$\frac{5.4×1{0}^{4}W}{30m/s}$=1.8×10³N，
飛機沿水平方向正常勻速巡航時，根據(jù)二力平衡條件可知，
飛機所受的阻力f₁=F₁=1.8×10³N，
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，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=6.75×10³W．
（5）由題意知，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，所以高度計應是電壓表，
由圖丙說明R₁高度h成一次函數(shù)關系，所以電壓表應與R₁并聯(lián)，則此高度表應安裝在3位置；
由U=IR₁可知，電壓表（高度表）示數(shù)刻度均勻．
故答案為：（1）D；
（2）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；6.75×10³；
（5）3；均勻．

點評 本題考查了電磁波應用、能量轉化、熱值、功率計算等，涉及的知識點多，綜合性強，難度較大，只有正確理解題意、熟練運用相關公式才能順利解題，屬于一道難題．