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2.共享单车是方便群众出行的公共自行车,如图所示.有人提出共享单车没有照明灯,晚上骑车不安全,小明想给共享单车安装自动的动力充电装置,假设人骑车的平均功率为80W,骑车时对车做功的20%用来充电,其充电效率为40%.
(1)如果人骑车时的平均速度为5m/s,求骑车时受到的平均阻力是多少?
(2)如果白天以5m/s的速度骑车2km可以给蓄电池充多少电能?
(3)如果晚上仍以相同的速度骑车1km,让额定功率为8W的LED灯泡正常发光照明,此车白天至少需骑多少时间?

分析 (1)知道人骑车的平均功率和平均速度,根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出平均牵引力的大小,骑车匀速行驶时处于平衡状态,受到的阻力和牵引力是一对平衡力,二力大小相等;
(2)根据W=Fs求出骑车时对车做功,根据效率公式求出用来充电的能量,再根据效率公式效率公式求出给蓄电池充的电能;
(3)晚上仍以相同的速度骑车1km,根据v=$\frac{s}{t}$求出行驶的时间,也是灯泡正常工作的时间,根据W=Pt求出灯泡消耗的电能,根据效率公式和W=Pt得出骑行时获得的电能即灯泡消耗的电能,然后得出答案.

解答 解:(1)由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得,骑车时平均牵引力的大小:
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{80W}{5m/s}$=16N,
因骑车匀速行驶时处于平衡状态,受到的阻力和牵引力是一对平衡力,
所以,骑车时受到的平均阻力:
f=F=16N;
(2)白天以5m/s的速度骑车2km,牵引力做的功:
W=Fs=16N×2000m=32000J,
由η=$\frac{{W}_{充电}}{W}$×100%可得,充电的能量:
W充电=η1W=20%×32000J=6400J,
由η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{充电}}$×100%可得,给蓄电池充的电能:
W电=η2W充电=40%×6400J=2560J;
(3)由v=$\frac{s}{t}$可得,如果晚上仍以相同的速度骑车1km的时间:
t=$\frac{s′}{v}$=$\frac{1000m}{5m/s}$=200s,
由P=$\frac{W}{t}$可得,LED灯泡正常发光照明消耗的电能:
W电′=PLEDt=8W×200s=1600J,
由效率公式可得:
η1η2(W晚+W白)=W电,即20%×40%×( 80W×200s+80W×t′)=1600J,
解得:t′=50s.
答:(1)骑车时受到的平均阻力是16N;
(2)如果白天以5m/s的速度骑车2km可以给蓄电池充2560J的电能;
(3)如果晚上仍以相同的速度骑车1km,让额定功率为8W的LED灯泡正常发光照明,此车白天至少需骑50s.

点评 本题考查了功率公式和做功公式、效率公式、电功公式等综合应用,正确的理解两个效率公式是关键.

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