Question

11．阅读短文，回答问题
未来是电动汽车的时代
中国工程院院士   陈清泉
…我一直认为，电动车一定会代替汽油车．有两个理由：一是能源问题．二是污染问题．最多再过60年，我们现在所用的石油资源将枯竭，到那时候汽油车怎么办？还有就是众所周知的传统汽油车对大气造成的污染相当严重，尾气排放造成的空气污染目前已经占到整个污染源的一半以上．电动汽车应该可以解决这个问题，因为电动汽车基本上不以汽油为直接燃料，能源利用率高，环境污染低…
--摘自2004年4月30日《光明日报》“院士论坛”
资料：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．
如图是一辆设计中的太阳能汽车动力部分的电路简图．设阳光在1小时内辐射到车上太阳能电池的光能接受板上的平均值为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．
（1）汽车以最大速度行使时电动机每分钟消耗的电能是1.35×10⁵J．
（2）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？每小时电动机消耗的电能与滑动变阻器消耗的电能之比是多少？
（3）以汽油为燃料的汽油车对环境会造成污染，请提出城市治理汽车污染的一条合理化建议：用酒精和液化气做燃料．
（4）目前人们乱扔废旧电池的现象非常普遍．请你针对这种现象，给有关部门提出一条合理建议：回收废旧电池．
（5）就目前的情况看，氢气作燃料的汽车要投入使用前，你认为还要研究解决的问题有哪些：价钱贵和容易爆炸．

Answer 1

分析 （1）知道电压、电流和时间，利用公式W=UIt可计算消耗的电能；
（2）当滑片向右移至某一位置时，知道电压表和电流表的示数，可求滑动变阻器两端的电压，利用欧姆定律求滑动变阻器接入电路的电阻R；再根据W=Pt可求得电动机消耗的电能与滑动变阻器消耗的电能之比．
（3）由题中信息可知治理汽车污染问题要从汽车燃料、改进汽车发动机结构、控制汽车数量等方面进行；
（4）根据对电池处理方法的掌握分析答题
（5）氢气具有可燃性，所以制取和安全运输问题是将要研究解决的问题．

解答 解：（1）汽车以最大速度行使时电动机每分钟消耗的电能：
W=UIt=150V×15A×60s=1.35×10⁵J；
（2）当滑片向右移至某一位置时，
U=U_M+U_R，
U_R=U-U_M=180V-150V=30V，
滑动变阻器接入电路的电阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{I′}$=$\frac{30V}{10A}$=3Ω，
电动机与滑动变阻器消耗的电能之比：$\frac{{W}_{M}}{{W}_{R}}$=$\frac{{U}_{M}It}{{U}_{R}It}$=$\frac{150V}{30V}$=$\frac{5}{1}$．
（3）因汽车污染主要与汽车燃料有关，所以可以改用清洁型燃料、使用电力汽车等可以治理汽车污染问题；
（4）避免乱扔废旧电池可以：回收废旧电池；进行公德宣传；垃圾分类处理等
（5）因氢气具有可燃性．作为燃料首先要解决其贮藏和运输的安全问题，同时氢气作为新能源，如何制得大量廉价的氢气也是目前氢能源没有大量应用的主要问题．
故答案为：（1）1.35×10⁵J；（2）电动机消耗的电能与滑动变阻器消耗的电能之比是5：1；（3）用酒精和液化气做燃料；（4）回收废旧电池；（5）价钱贵和容易爆炸．

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．