Question

3．2015年3月，全球最大的太陽能飛機“陽光動力2號”（如圖所示）開始首次環(huán)球航行，途徑我國重慶和南京兩個城市，此行的重要目的是傳播新能源理念．
（1）該機白天利用高效太陽能電池板將電磁能（太陽能）轉(zhuǎn)化成電能；夜間飛行時，利用其超輕薄鋰離子電池儲備的化學能轉(zhuǎn)化成電能，首次實現(xiàn)晝夜飛行而不耗費一滴燃油．
（2）為降低飛行時的能量消耗，該機選用新型輕質(zhì)材料．取面積為1平方米、厚度為1毫米的新型材料，測得其質(zhì)量為250克，則該材料的密度為多少？
（3）該機計劃從南京起飛后直飛美國夏威夷，是此次環(huán)球航行中最具挑戰(zhàn)性的一段行程，飛行時間長達120小時．飛行過程中依靠平均功率為10千瓦的電動機提供動力，其消耗的能量全部由太陽能電池板吸收的太陽能提供，則此段航行中至少需吸收多少太陽能？（太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率約為30%）

Answer 1

分析 （1）發(fā)電機是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，判斷其能量轉(zhuǎn)化，要看清該過程中的初始能量和最終形成的能量，進而判斷出能量的轉(zhuǎn)化過程．
（2）根據(jù)V=Sh求得新型材料的體積，已知質(zhì)量，利用密度公式求解；
（3）已知飛機飛行過程中依靠平均功率為10千瓦的電動機提供動力，利用P=$\frac{W}{t}$可求得其消耗的能量，已知其消耗的能量全部由電池板吸收的太陽能提供，太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率約為30%，然后可求此段航行中至少需要吸收多少太陽能．

解答 解：（1）電池板白天將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，夜間飛行時，利用其超輕薄鋰離子電池儲備的化學能轉(zhuǎn)化成電能；
（2）材料的體積V=Sh=1m²×0.001m=1×10^-3m³，m=250g=0.25kg，
該材料的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.25kg}{1×1{0}^{-3}{m}^{3}}$=0.25×10³kg/m³．
（3）由P=$\frac{W}{t}$可得，飛機飛行消耗的能量W=Pt=10000W×120×3600s=4.32×10⁹J，
則此段航行吸收的太陽能W′=$\frac{W}{η}$=$\frac{4.32×1{0}^{9}J}{30%}$=1.44×10¹⁰J．
答：（1）化學；
（2）該材料的密度為0.25×10³kg/m³；
（3）則此段航行中至少需要吸收1.44×10¹⁰J太陽能

點評 本題以太陽能飛機為背景，考查了能量的轉(zhuǎn)化、密度的計算、電功的計算等多個知識點，是一道綜合性較強的題目，關(guān)鍵是密度公式、功率公式和效率公式的應(yīng)用．