Question

【題目】最近，一項“中國原創”重大發明成為世界關注的焦點！它被稱為“空中奔跑的巴士”（又稱巴鐵），預計今年7月進行測試，其模型如圖所示，巴鐵依次靠電力驅動在鋼軌上行駛，相當于40輛柴油公交車的運量，若1輛柴油公交車日常行駛時發動機的平均輸出功率為60kW，發動機的效率為30%，每消耗1kg柴油排放二氧化碳約為3kg，柴油的熱值近似取q=4.0×107J/kg．、
（1）若巴鐵在100s內沿直線行駛了1500m，求這段時間內巴鐵的平均速度；
（2）按柴油公交車每日行駛10h計算，鎮江若引進1輛巴鐵取代40輛柴油公交車，則每日可減少二氧化碳排放量多少千克？
（3）巴鐵車內電器每天需消耗60kWh的電能，若這些電能全部由車頂上的太陽能電池板來提供，已知該太陽能電池板1m2面積上接收到的太陽平均輻射功率為1kW，光電轉化效率為20%，每天日照時間按6h計算，求需太陽能電池板的最小面積．

Answer 1

【答案】
（1）解：巴鐵的平均速度：

v= = =15m/s；

（2）解：根據P= 可得，發動機做的功：

W=Pt=60×103W×10×3600s=2.16×109J，

根據η= 可得，放出的熱量：

Q= = =7.2×109J，

根據Q=mq可得，燃油的質量：

m= = =180kg，

減少的二氧化碳排放量：

m′=（180×40×3）kg=21600kg；

（3）解：根據η= 可得，接收的太陽能：

E光= = =300kWh，

接收光的功率P光= = =50kW，

已知該太陽能電池板1m2面積上接收到的太陽平均輻射功率為1kW

則電池板的面積S=50kW×1kWh/m2=50m2．

【解析】（1）已知時間和路程，利用v= 計算速度；（2）首先根據P= 求出發動機做的功，然后根據η= 求出燃油放出的熱量，再根據Q=mq求出燃油的質量，再進一步求出減少的二氧化碳排放量；（3）首先根據光電轉化效率可求得接收的太陽能，利用P= 求出接收光的功率，然后可求太陽能電池板的最小面積．
【考點精析】掌握熱機的概念和效率是解答本題的根本，需要知道熱機：將內能轉化成機械能的機器，統稱為熱機．熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機的效率．熱機的效率是熱機性能的一個重要指標．