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“阳光动力2号”太阳能飞机
世界最大的太阳能飞机“阳光动力2号”(如图*)飞机的表面使用一种碳纤维材料,其承载能力要比一般材料更好,但质量仅与一辆小型汽车相差无几.飞机上设有的通话、网络等设备,可随时保*飞机与地面的联系.白天,飞机飞行高度达到海拔8500米,依靠两翼上安装的太阳能电池板为直流电动机提供动力,同时对锂电池充电以保*夜间或*雨天不间断飞行.晚上,依靠储存在锂电池里的电能继续飞行.并且下降到1500米的高度,以减少能耗.飞机的有关技术参数如下表:
飞机净/总质量 kg | 2300/3600 | 发动机最大功率 kw | 54 |
锂电池能量密度 kw·h/kg | 0.25 | 发动机转换效率 | 90% |
锂电池的总质量 kg | 630 | —————————— |
(1)白天飞机在高海拔高度飞行,而晚上下降到低海拔高度飞行,这一过程______能转化为_______能.
(2)若锂电池充满电后的总储存量为5.76×108J.某次飞行消耗了锂电池总储存量的20%,发动机转换效率为90%[则发动机输出的机械能为___________J,若这些机械能改由航空燃油来提供,不计能量损失,需要完全燃烧*气___________m3.(已知*气的热值为1.4×108J/m3).
(3)若飞机发动机最大功率为54kw,飞机在最大功率下,以30m/s的速度沿水平方向正常巡航,所受的阻力为______ N,若飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度的平方成正比,则当飞机以15m/s速度沿水平方向运行时,发动机输出的功率为_______ W.
(4)科技兴趣小组利用测距传感器为飞机设计了一款飞行高度测距仪.测距传感器的阻值R1与离地高度h的关系如图乙所示.设计的飞行高度检测电路如图*所示,R0为定值电阻.要使高度表(实质是电流表或电压表)示数能随飞行高度的增大而增大,则应将______________________(选填“电流”或“电压”)表改装成高度表.该高度表示数刻度__________(选填“均匀”或“不均匀”).
【回答】
重力势能 动能 1.0206×108 0.729 1800 6750 电压表 不均匀
【解析】
(1)白天飞机在高海拔高度飞行,而晚上下降到低海拔高度飞行,这一过程中高度减小,速度增加,重力势能转化为动能.
(2)飞机的锂电池总的储存能量5.76×108J:飞机飞行消耗了锂电池总储存量的20%,发电机输出的机械能:W机=20%×90%×5.76×108J =1.0206×108J,由题W机=Q=Vq,不考虑能量损失,需要完全燃烧*气体积:V= =0.729m3.(3) P=Fv,飞机在最大功率下,以30m/s的速度沿水平方向正常巡航时,所受的阻力:f1=F1= = =1.8×103N,飞机沿水平方向飞行过程中所受阻力与速度成正比,即:,则当飞机以15m/s速度沿水平方向运动时,发动机的推力:F2=f2=f1 =1.8×103N=450N,发动机输出的功率:P2=F2v2=450N×15m/s=6750W.(5) 两个电阻串联,电流表测量串联电路的电流,电压表测量R1两端的电压,由乙图得到电阻R1随高度的增加而增大,当高度增大时,R1的电阻变大,电路中总电阻R=R1R0,总电阻变大,根据I=得到电路中电流的变小,所以不能将电流表改成高度表,R0两端电压U0=IR0,I变小,R0不变,U0变小,根据串联电路电压的规律得到R1两端的电压U1=UU0,U不变,U0变小,U1变大,所以电压表改装成高度表;由乙说明R1高度h成一次函数关系,电压标的示数:U1=IR1,由于I不是定值,I随R1的增大而减小,故电压表(高度表)示数是不均匀的.
点睛:由表格数据先计算出锂电池储存量,根据飞行消耗了锂电池总储存量的20%,和发动机转换效率计算发电机输出的机械能;根据W=Q=mq计算需要完全燃烧*气的质量;根据P=Fv,计算出飞行时推力从而得到阻力大小;根据阻力与速度平方成正比,计算15m/s速度沿水平方向运动时,发动机输出的功率;分析电路图,两个电阻串联,电流表测量串联电路的电流,电压表测量R1两端的电压,由*图得到电阻R1和高度的关系,分析高度增大时电路中电流的变化,根据欧姆定律得到R0两端电压的变化,根据串联电路电压的规律得到R1两端的电压的变化,分析将电流表还是电压表改装成高度表.
知识点:运动和力单元测试
题型:综合题