如图所示是某帆船运动爱好者使用的一款帆船,帆船由船体、帆杆、面积为8m2的三角帆和带有万向节的桅杆组成,质量为20kg,依靠风力在海面上行驶.下表是不同风速下,风能强

发布时间:2020-08-10 00:29:05

如图所示是某帆船运动爱好者使用的一款帆船,帆船由船体、帆杆、面积为8m2的三角帆和带有万向节的桅杆组成,质量为20kg,依靠风力在海面上行驶.下表是不同风速下,风能强度值.
平均风速(m/s)51015202530风能强度(×102J/(m2?s)4812162024(1)帆船运动爱好者登上帆船时,船体下沉了0.05m3,则他的体重大约是多少?
(2)某次运动中,船帆承受的风压为40Pa,此时风对船帆的作用力是多少?
(3)在一次海面风速为10m/s的帆船运动中,船受到了280N的水平风力作用,假设船以6m/s的水平速度在海面上行驶,求帆船的风能利用率.

网友回答

解:(1)人上船后,由于人的重力,船受到的浮力增加,故人的体重等于船增加的浮力,
G=F浮=ρgV排=103kg/m3×10N/kg×0.05m3=500N;
(2)∵p=,
∴风对船帆的作用力为F=pS=40pa×8m2=320N;
(3)风的推力每秒做功为W=FS=Fvt=280N×6m/s×1s=1680J;
帆船每秒获得的风能为E=800J/(m2s)×8?m2×1s=6400J;
帆船的风能利用率为
η====26.25%.
答:(1)他的体重大约是500N;
(2)此时风对船帆的作用力是320N;
(3)帆船的风能利用率为26.25%.
解析分析:(1)人上船后,由于人的重力,船受到的浮力增加,故人的体重等于船增加的浮力,根据F浮=ρgV排求出浮力即可.
(2)已知船帆的面积和船帆承受的风压为40Pa,利用p=即可求得此时风对船帆的作用力.
(3)知道船受到风的推力,求出时间1s内帆船运动的距离,利用W=Fs求风对帆船做的功(有用能量),利用风能强度值求出时间1s内帆船获得的能量(总能量),利用效率公式求帆船的风能利用率.

点评:本题考查了学生对阿基米德原理、压强公式、效率公式的掌握和运用,能从表中得出相关信息、知道风推力做功为有用功是本题的关键.
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