Question

（2013?桂林模擬）如圖所示的新型小艇，由鋪滿船面的光伏太陽能電池板提供工作能源，依賴太陽能進行環(huán)球旅行．小艇上太陽能光伏板面積約為500m²，在陽光的照射下，通過太陽能板可以獲得100kw的功率，這種小艇有兩個相同的引擎，僅需20kw的牽引功率就能驅動單引擎，使小艇以18km/h的速度勻速行駛．用40kw的牽引功率驅動雙引擎，能使小艇勻速行駛的速度高達30km/h．這種小艇采用密度較小，硬度大的新型材料制造，自重僅為9×10⁴N，滿載的排水量為60t．
（1）這種小艇滿載漂浮在海面上時，排開海水的體積是多大？（海水的密度取1.0×10³kg/m³）
（2）如果每天陽光照射太陽能電池板的時間為10h，獲得的電能約為多少kW?h？
（3）若引擎的電能轉化為機械能的效率為80%，試求用20kw的牽引功率驅動單引擎時，小艇受到的阻力大�。�

Answer 1

分析：（1）輪船排水量是指滿載時排開水的質量，求出排開水重，利用漂浮條件求輪船滿載所受浮力；根據公式F_浮=ρgV_排的變形式可求排開水的體積；
（2）據該電池板的功率和時間，據公式W=Pt能計算出該電池板所獲得的電能；
（3）知道電能轉化為機械能的效率，可求電能轉化為機械能的有用功率，再利用P=

W

t

=

Fs

t

=Fv求牽引力大小，進而根據二力平衡的條件求阻力大�。�

解答：解：（1）船滿載時的浮力F₁=G_排水=m_排水g=6×10⁴kg×10N/kg=6×10⁵N；
因漂浮在海面上，小艇滿載時受到的浮力就等于小艇的總重力，因此，F_滿載=G=6×10⁵N，
所以，V_排=

F滿載

ρ海水g

=

6×105N

1.0×103kg/m3×10N/kg

=60m³．
（2）太陽光照射一天（日照時間為10h）可獲得電能是W=Pt=100kW×10h=1000kw?h．
（3）P′=P_電×80%=20kW×0.8%=16000W，
P′=

W

t

=

Fs

t

=Fv，且v=18km/h=5m/s
∴牽引力：
F=

P′

v

=

16000W

5m/s

=3200N，
∵小艇勻速行駛，
∴f=F=3200N．
答：（1）這種小艇滿載漂浮在海面上時，受到的浮力F₁為6×10⁵N；空載漂浮在海面上，排開海水的體積V₂為60m³；
（2）獲得的電能約為1000kW?h；
（3）小艇受到的阻力大小3200N．

點評：本題考查小艇漂浮時浮力大小的計算和浮力公式的應用，計算小艇受到的阻力，要靈活選擇功率公式進行求解，知道小艇做勻速直線運動時是處于平衡狀態(tài)，牽引力和阻力是一對平衡力．