Question

18．目前研究开发中电动车有两类具有实际应用前景，一是太阳能电动车，二是立足于氢能基础上的燃料电池汽车．前者将太阳能转化为电能，能源来源无限且无污染．后者以氢为燃料，通过化学反应产生电流并排出水，能实现可循环利用和零排放．如图甲是一辆设计中的太阳能汽车以及动力部分的电路简图．设阳光在1小时内辐射到太阳能电池接受板上的光能平均值为3.6×10⁷J．行使时，可通过改变滑动变阻器的电阻来调节电动机转速从而改变汽车行使速度．当滑动变阻器滑片在最左端时，汽车的行使速度最大，此时电压表示数为180V，电流表示数为15A．（电池电压不变）

（1）图乙中，太阳能汽车做成流线型的目的是什么？
（2）太阳能汽车整体呈凸形，当它速度变快时对地面的压力怎么变化？
（3）汽车以最大速度行使时电动机每分钟消耗的电能是多少？
（4）当滑片向右移至某一位置时，汽车的行使速度小于最大速度．此时电压表示数为150V，电流表示数为10A，则此时滑动变阻器接入电路的电阻大小是多少？

Answer 1

分析 （1）知道流线型设计可减小空气阻力；
（2）根据流体压强与流速的关系可判断对地面压力的变化；
（3）知道电压、电流和时间，利用公式W=UIt可计算消耗的电能；
（4）根据最大速度时的电压可得出电源电压，再根据串联电路的电压规律可得出变阻器两端的电压，再利用欧姆计算变阻器接入的电阻．

解答 解：（1）太阳能汽车做成流线型的目的是可以减小空气的阻力；
（2）太阳能汽车整体呈凸形，当它速度变快时，上方空气流速快压强小，下方空气流速慢压强大，产生向上的升力，所以对地面的压力变小；
（3）汽车以最大速度行使时电动机每分钟消耗的电能：
W=UIt=180V×15A×60s=1.62×10⁵J；
（4）当滑动变阻器滑片在最左端时，只有电动机接入电路，汽车的行使速度最大，此时电压表示数为180V，说明电源电压为180V；
当滑片向右移至某一位置时，电路为电动机的变阻器串联，根据串联电路的电压规律可得，
变阻器两端的电压：U′=180V-150V=30V，
由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$得，此时变阻器接入电路的阻值：
R_滑=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{30V}{10A}$=3Ω．
故答案为：（1）减小空气的阻力；
（2）汽车对地面的压力变小；
（3）汽车以最大速度行使时电动机每分钟消耗的电能是1.62×10⁵J；
（4）此时滑动变阻器接入电路的电阻大小是3Ω．

点评 本题以新型太阳能电动车为背景，考查了力学、电学的多个知识点，体现了物理在高科技领域的应用，有一定综合性，是一道好题．