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如图所示,是被称为“空中奔跑的巴士”(又称巴铁)的模型.2016年8月,在秦皇岛市进行了测试.巴铁运行在钢轨上,依靠电力驱动,实现了尾气零排放,载行时相当于40辆柴油公交车的

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如图所示,是被称为“空中奔跑的巴士”(又称巴铁)的模型.2016年8月,在秦皇岛市进行了测试.巴铁运行在钢轨上,依靠电力驱动,实现了尾气零排放,载行时相当于40 辆柴油公交车的运量,若1辆柴油公交车日常行驶时发动机的平均输出功率为60kW,发动机的效率为30%,按每消耗1kg柴油排放3kg二氧化碳计算,柴油的热值取 q=4.0×107J/kg.则:
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(1)若巴铁在100s内沿直线行驶了1500m,求这段时间内巴铁的平均速度是多少米每秒?
(2)按柴油公交车每日行驶10h计算,若引进1辆巴铁取代40辆柴油公交车,则每日可减少二氧化碳排放量多少千克?
(3)巴铁车内电器每天需消耗60kW•h的电能,若这些电能全部由车顶上的太阳能电池板来提供,已知该太阳能电池板1m2面积上接收到的太阳平均辐射功率为1kW,光电转化效率为15%,每天日照时间按8h计算,求需要太阳能电池板的最小面积是多少平方米?
▼优质解答
答案和解析

(1)巴铁的平均速度:v=
s
t
=
1500m
100s
=15m/s;
(2)由P=
W
t
得,1辆柴油公交车发动机10h做功:
W=Pt=60×103W×10×3600s=2.16×109J,
由η=
W
Q
得,柴油燃烧需放出的热量:
Q=
W
η
=
2.16×109J
30%
=7.2×109J,
根据Q=mq可得,1辆柴油公交车消耗燃油的质量:
m=
Q
q
=
7.2×109J
4.0×107J/kg
=180kg,
由题意可知,1辆巴铁取代40辆柴油公交车,减少的二氧化碳排放量:
m′=40×180×3kg=21600kg;
(3)根据η=
E
E
得,接收的太阳能:
E=
E
η
=
60kW•h
15%
=400kW•h,
接收太阳能的总功率P=
E
t
=
400kW•h
8h
=50kW,
已知该太阳能电池板1m2面积上接收到的太阳平均辐射功率为1kW,
则电池板的面积S=
50kW
1kW/m2
=50m2
答:(1)这段时间内巴铁的平均速度为15m/s;
(2)每日可减少二氧化碳排放量21600kg;
(3)需太阳能电池板的最小面积50m2
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