题目内容

6.如图甲是某品牌的单轮平衡车,它是依靠电力驱动及人体平衡能力控制的代步工具.骑行时,蓄电池给平衡车上的电动机提供动力.下表该品牌当单轮平衡车的主要技术参数.
质量15千克
最大车速15千米/时
轮胎限压2×103帕
蓄电池储存能量0.36千瓦/时
输出功率180瓦
(1)为了确保安全,该单轮平衡车的电路部分安装2个开关--电源开关S1和压力开关S2,当手动闭合S1时,指示灯亮起;此时骑行者再站立于平衡车踏板上后S2自动闭合,电动机才能正常启动,平衡车才开始运动.未闭合S1或骑行者未站立于踏板上,电动机都无法启动.请根据上述要求将图乙电路图连接完整..
(2)该平衡车行驶过程中轮胎与地面的接触面积为0.005米2,体重为500牛的某中学生骑着该平衡车在平直的公路上行驶,则地面受到的压强是多大?(g取10牛/千克)
(3)若该平衡车以最大车速行驶,则充满电的蓄电池能使该车行驶的最大距离为多少千米?

分析 (1)并联的各电路元件互不影响,能独立工作;根据题意确定两开关与灯泡、电动机的连接方式,然后画图,
(2)中学生骑着该车在平直的公路上行驶时,对地面的压力等于电动自行车和自身的重力之和,利用F=G=mg求出其大小,受力面积为两个轮胎与地面的接触面积,利用p=$\frac{F}{S}$求出地面受到的压强;
(3)求出蓄电池充满电后的总能量,获得的机械能即牵引力做的功,根据W=Fs求出行驶的最大距离;

解答 解:(1)由题意可知,指示灯和电动机并联,S1控制干路,开关S2控制电动机,如图所示:

(2)中学生的重力为500N,骑着该电动自行车在平直的公路上行驶时,对地面的压力:
F=G总=G人+m车g=500N+15kg×10N/kg=650N,
受力面积:
S=0.005m2,
地面受到的压强:
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{650N}{0.005{m}^{2}}$=1.3×105Pa;
(3)蓄电池充满电后的总能量W=0.36×3.6×106J=1.296×106J,
最大车速v=15km/h=54m/s,
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{\;}$=Fv可得,
牵引力F=$\frac{P}{v}$=$\frac{180W}{54m/s}$=$\frac{10}{3}$N,
由W=Fs可得,
该车行驶的最大距离s=$\frac{W}{F}$=$\frac{1.296×1{0}^{6}J}{\frac{10}{3}N}$=3.888×105m=388.8km.
答:(1)见上图;(2)地面受到的压强是1.3×105Pa;
(3)充满电的蓄电池能使该车行驶的最大距离为388.8km.

点评 本题围绕我们熟悉的交通工具---单轮平衡车,考查了串并联电路的设计,重力的计算,压强的计算,速度公式及其应用等,涉及到的知识点较多,综合性较强,是一道好题.

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