Question

19．電動車因為具有輕便、快捷和環(huán)保等優(yōu)點備受大家喜愛．通常說的電動車是以蓄電池作為能量來源．為了能使蓄電池的使用壽命更為長久，作了放電余留20%左右即停止電能輸出的電路設(shè)計．如表是某型號電動自行車的相關(guān)數(shù)據(jù)．

整 車	整車質(zhì)量	30kg
	最高車速	9m/s
	最大噪聲	62dB
	效    率	75%
蓄電池	容    量	0.5kW•h
	供電電壓	48V
電動機	額定電壓	48V

（1）如圖所示的實驗中，能反映電動機工作原理的是C．
（2）關(guān)于電動車，下列說法中錯誤的是D．
A．手把上刻有花紋是為了增大摩擦，便于調(diào)速
B．緊急剎車時人會向前傾，是因為人有慣性要繼續(xù)向前運動
C．行駛過程中輪胎發(fā)熱，輪胎內(nèi)能一定增大
D．坐墊做得寬大柔軟，可減小乘坐時的壓力
（3）該電動車最多能輸出的機械能為1.08×10⁶J．若一般效率為20%的摩托車要獲得同等的機械能，則需要燃燒汽油120g．（已知汽油的熱值為4.5×10⁷J/kg）
（4）質(zhì)量為50kg小明騎著該電動車，以最大規(guī)定速度在水平路面勻速行駛時，且該電動車行駛過程中所受到的摩擦力f隨車輛和人的總質(zhì)量M的變化關(guān)系圖象如圖乙所示．則該過程中電動車克服摩擦力做功的功率為180W，通過電動車的平均電流為5A．
（5）在交通運輸中，常用“客運效率”來反映交通工具的某項效能，“客運效率”表示每消耗單位能量對應(yīng)的載客數(shù)和運送路程的乘積．一個人騎電動自行車，消耗10⁶J的能量可行駛20km，一輛載有4人的普通轎車，消耗3.2×10⁸ J的能量可行駛100km，則電動自行車與這輛轎車的客運效率之比是16：1．

Answer 1

分析 （1）首先明確電動機的工作原理，然后根據(jù)圖示的實驗裝置得到該裝置反應(yīng)的物理理論，兩者對比從而可以得到答案；
（2）根據(jù)我們學(xué)習(xí)的有關(guān)的摩擦、慣性、內(nèi)能變化和壓強知識分析判斷；
（3）知道蓄電池的容量和效率可求電動車最多能輸出的機械能，再根據(jù)效率公式求出摩托車獲得同等機械能時汽油完全燃燒釋放的熱量，再根據(jù)Q=mq求出需要燃燒汽油的質(zhì)量；
（4）知道小明的質(zhì)量可求總質(zhì)量，根據(jù)圖象求出受到的摩擦阻力，知道最大車速，利用P=fv求出功率，再求出消耗的電功率，利用P=UI求通過的最大電流；
（5）知道客運效率η=$\frac{人數(shù)×路程}{消耗的能量}$，求出電動自行車的客運效率和轎車的客運效率，再求出電動自行車與這輛轎車的客運效率之比．

解答 解：（1）電動機是利用通電導(dǎo)體在磁場中受力而運動制成的．
A．圖中沒有電源，則導(dǎo)體ab在磁場中做切割磁感線運動時，檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了感應(yīng)電流，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是發(fā)電機原理，不符合題意；
B．是奧斯特實驗，證明了通電導(dǎo)線周圍存在磁場，不符合題意；
C．圖中有電源，閉合開關(guān)后，通電導(dǎo)線在磁場中受力運動，是電動機的原理，符合題意；
D．研究的是電磁鐵磁性的強弱與線圈匝數(shù)的關(guān)系．故不符合題意；
故選C．
（2）A．電動車的車把套上刻有花紋，是在壓力一定時，通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦，故A正確；
B．緊急剎車時，由于慣性人要繼續(xù)向前運動，所以人會向前傾，故B正確；
C．行駛過程中輪胎克服摩擦做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使輪胎的內(nèi)能增加、溫度升高而發(fā)熱，故C正確；
D．座墊做得寬大柔軟，是通過增大受力面積減小乘坐時的壓強，而不是減小乘坐時的壓力，故D錯誤；
故選D．
（3）蓄電池的最大容量：
W_電=0.5kW•h=0.5×3.6×10⁶J=1.8×10⁶J，
根據(jù)題中的效率值可得，電能轉(zhuǎn)化為的機械能：
W_機械能=W_電×（1-20%）×75%=1.8×10⁶J×（1-20%）×75%=1.08×10⁶J，
摩托車獲得同等機械能時汽油完全燃燒釋放的熱量：
Q_放=$\frac{{W}_{機械}}{20%}$=$\frac{1.08×1{0}^{6}J}{20%}$=5.4×10⁶J，
由Q=mq可得，需要汽油的質(zhì)量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.4×1{0}^{6}J}{4.5×1{0}^{7}J/kg}$=0.12kg=120g；
（4）小明和車總質(zhì)量：m_總=50kg+30kg=80kg，
由圖象可知，電動車受到的摩擦阻力為20N，
克服摩擦力做功的最大功率：P=fv=20N×9m/s=180W，
消耗的電功率：
P_電=$\frac{P}{75%}$=$\frac{180W}{75%}$=240W，
由P=UI可知，通過電動車的平均電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{240W}{48V}$=5A；
（5）由題意可知，客運效率η=$\frac{人數(shù)×路程}{消耗的能量}$，
則電動自行車的客運效率：
η₁=$\frac{1×20km}{1×1{0}^{6}J}$，
轎車的客運效率：
η₂=$\frac{4×100km}{3.2×1{0}^{8}J}$，
電動自行車與這輛轎車的客運效率之比：
η₁：η₂=$\frac{1×20km}{1×1{0}^{6}J}$：$\frac{4×100km}{3.2×1{0}^{8}J}$=16：1．
故答案為：（1）C；（2）D；（3）1.08×10⁶；120；（4）180；5；（5）16：1．

點評 本題以電動車為載體考查了力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)中相關(guān)知識，知識點多、綜合性強，要求靈活所用所學(xué)知識，屬于難題！