Question

6．如圖所示是一艘智能太陽能混合動力游船，它的動力系統由太陽能電池組和柴油發電機組組成．游船照明采用節能燈和LED燈．航行中，船載能量管理系統按下表中航行速度要求自動識別并切換動力系統．船的航行 速度簡稱航速，單位為“節”，用kn表示．

航速/kn	供電模式	動力系統	最大功率/kW
0～4	純電池	太陽能電池組
4～8	柴　電	柴油發電機	300

（1）船上照明電路中用到了恒流電阻，它的電流與電壓關系如圖所示．當恒流電阻兩端的電壓由0V增大到4V的過程中，它的電阻增大（不變/減小/增大）．若將它與一只標有“3.2V  0.3A”的LED（發光二極管）一起接到電壓為4V的電源上，要使LED正常工作，則應將它們串聯到電路中；若該電路中的電源電 壓可調，則電源電壓在3.2V～7.2V范圍內變化，它們都能正常工作．
（2）已知船航行時，所受的阻力與航速的平方成正比．若在柴電和純電池供電模式下，游船以最大航速航行時所受的阻力分別為 f₁、f₂，則 f₁與f₂的比值是4：1；當游船以純電池模式航行時，動力系統的最大功率是37.5kW．（設船做勻速直線運動）
（3）相比于傳統的柴油動力船，智能太陽能混合動力游船有哪些優點：減少對環境的污染、節省能源等（寫出一點即可）

Answer 1

分析 （1）由圖象可知，當恒流電阻兩端的電壓增大時通過的電流不變，根據歐姆定律可知其阻值的變化；電源的電壓大于LED燈的額定電壓時，要使燈泡正常發光應串聯一個電阻分壓；LED正常發光時的電流為0.3A，由圖2可知恒流電阻對于的電壓變化范圍，根據串聯電路的電壓特點求出電源電壓變化范圍；
（2）由表格數據可知在柴電和純電池供電模式下的最大航速，根據“船航行時，所受的阻力與航速的平方成正比”求出f₁與f₂的比值，船做勻速直線運動時處于平衡狀態，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，根據P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出兩種情況下動力系統的最大功率之比，然后得出答案；
（3）太陽能是一種清潔、無污染、可再生能源，它能量豐富，取之不盡用之不竭，是一種新型的能源，越來越被廣泛利用．

解答 解：（1）由圖象可知，當恒流電阻兩端的電壓由0V增大到4V的過程中，電阻兩端的電壓增大時通過的電流不變，
由I=$\frac{U}{R}$的變形式R=$\frac{U}{I}$可知，恒流電阻的阻值增大；
LED燈正常發光時的電壓為3.2V，用4V的電源給LED供電時，要使其正常發光應與恒流電阻串聯分壓；
LED正常發光時的電壓為3.2V，通過的電流為0.3A，
由圖2可知，通過恒流電阻的電流為0.3A時，其兩端的電壓范圍為0～4V，
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電源的電壓變化范圍為3.2V～7.2V；
（2）由表格數據可知，在柴電供電模式下的最大航速v₁=8kn，在純電池供電模式下的最大航速v₂=4kn，
因船航行時，所受的阻力與航速的平方成正比，
所以，$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$=（$\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$）²=（$\frac{8kn}{4kn}$）²=$\frac{4}{1}$，
因船做勻速直線運動時處于平衡狀態，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，
所以，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，兩種情況下動力系統的最大功率之比：
$\frac{{P}_{1}}{{P}_{2}}$=$\frac{{F}_{1}{v}_{1}}{{F}_{2}{v}_{2}}$=$\frac{{f}_{1}{v}_{1}}{{f}_{2}{v}_{2}}$=$\frac{{f}_{1}}{{f}_{2}}$×$\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$=$\frac{4}{1}$×$\frac{8kn}{4kn}$=$\frac{8}{1}$，
則游船以純電池模式航行時，動力系統的最大功率：
P₂=$\frac{1}{8}$P₁=$\frac{1}{8}$×300kW=37.5kW；
（3）智能太陽能混合動力游船相對于傳統的柴油動力船來說，可以減少對環境的污染、節省能源等．
故答案為：（1）增大；串；3.2V～7.2V；（2）4：1；37.5；（3）減少對環境的污染、節省能源等．

點評 本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律、功率公式以及二力平衡條件的應用等，涉及到的知識點較多，綜合性強，從題干中獲取有用的信息是關鍵，有一定的難度．