图甲是某新型太阳能汽车,该汽车的动力完全由安装在车顶的电池板收集的太阳能提供。汽车(包括司乘人员)的质量为1.2 t,接收太阳能电池板的面积为8 m2,在水平路面上以恒定功率做直线运动的v-t图像如图乙所示。(g取10 N/kg)
(1)若汽车匀速行驶过程中所受阻力大小为车重的0.02,则汽车的牵引力为多大?
(2)求汽车在0~20 s内牵引力做的功。
(3)若汽车吸收的太阳能转化为机械能的效率为40%,则太阳光照射到太阳能电池板单位面积上的辐射功率为多少?
解析:
(1)汽车的质量:
m=1.2 t=1.2×103 kg,
则汽车所受的重力:
G=mg=1.2×103 kg×10 N/kg=1.2×104 N,
汽车所受的阻力:
f=0.02G=0.02×1.2×104 N=240 N,
因为汽车匀速行驶,牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,所以牵引力:
F=f=240 N。
(2)由图乙可知,汽车匀速行驶时,
v=15 m/s,
则汽车的恒定功率:
P=Fv=240 N×15 m/s=3600 W,
汽车在0~20 s内牵引力做的功:
W=Pt=3600 W×20 s=7.2×104 J。
(3)由题可知,汽车获得的机械功率为P=3600 W,太阳照射在太阳能电池板上的辐射总功率:
P总==9000 W,
太阳照射在太阳能电池板单位面积上的辐射功率:
P太==1125 W/m2。
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