Question

2．阅读短文，回答问题：

电动车因为具有轻便、快捷和环保等优点备受大家喜爱．通常说的电动车是以蓄电池作为能量来源．为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，作了放电余留20%左右即停止电能输出的电路设计．如表是某型号电动自行车的相关数据．

整  车	整车质量	40kg
	最高车速	10m/s
	最大噪声	62dB
	效    率	75%
蓄电池	容    量	0.5kW•h
	供电电压	48V
电动机	额定电压	48V

（1）如图所示的实验中，能反映电动机工作原理的是如图丙中的C．
（2）关于电动车，下列说法中错误的是B．
A．手把上刻有花纹是为了增大摩擦，便于调速
B．紧急刹车时，人会向前倾是因为人受到惯性的作用
C．行驶过程中轮胎发热，轮胎内能一定增大
D．坐垫做得宽大柔软，可减小乘坐时的压强
（3）该电动车最多能输出的机械能为1.08×10⁶J．若一般效率为40%的摩托车要获得同等的机械能，则需要燃烧汽油60g．（已知汽油的热值为4.5×10⁷J/kg）
（4）质量为50kg小明骑着该电动车，以最大规定速度在水平路面匀速行驶时，且该电动车行驶过程中所受到的摩擦力f随车辆和人的总质量M的变化关系图象如图乙所示．则该过程中电动车克服摩擦力做功的功率为225W，通过电动车的平均电流为6.25A．（g取10N/kg）
（5）小明受图乙的启发，他认为蓄电池一次充满电后最大行驶的路程与车的负重有关，负重越大，最大行驶的路程越小．你认为他作出猜想的理由是蓄电池一次充满电后的能量一定，所做总功一定W，负重越大，所受的阻力越大，最大行驶的路程越小
车运动的速度；你认为除此因素外，还有哪些因素会影响电动车充满电后的最大行驶路程？车子运动时受到的阻力．
（6）在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积．一个人骑电动自行车，消耗10⁶J的能量可行驶20km，一辆载有4人的普通轿车，消耗3.2×10⁸ J的能量可行驶100km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是16：1．

Answer 1

分析 （1）首先明确电动机的工作原理，然后根据图示的实验装置，结合文字描述的实验现象，得到该装置反应的物理理论，两者对比从而可以得到答案．
（2）根据我们学习的有关的摩擦、惯性、内能变化和压强知识分析判断；
（3）知道电动机的最大容量（内存的最大电能），知道电能转化为机械能的效率，可求最多得到的机械能；根据Q_放×40%=mq×40%=W_机械能求汽油的质量；
（4）知道小明的质量，求出总质量，根据图象求出摩擦阻力，知道最大车速，利用P=fv求最大功率；再求出消耗的电功率，利用P=UI求通过的最大电流．
（5）根据W=Fs可知在所做总功一定时，牵引力越大，最大行驶的路程越小；
摩擦力大小与压力和接触面的粗糙程度有关，压力越大、接触面越粗糙，摩擦力越大．
（6）知道客运效率η=$\frac{人数×路程}{消耗的能量}$，求出电动自行车的客运效率和轿车的客运效率，再求出电动自行车与这辆轿车的客运效率之比．

解答 解：（1）电动机是利用通电导体在磁场中受力而运动制成的．
A、图中没有电源，则导体ab在磁场中做切割磁感线运动时，检流计指针发生偏转，说明产生了感应电流，这是电磁感应现象，是发电机原理．不符合题意．
B、是奥斯特实验，证明了通电导线周围存在磁场，不符合题意．
C、图中有电源，闭合开关后，通电导线在磁场中受力运动，是电动机的原理．符合题意．
D、研究的是电磁铁磁性的强弱与线圈匝数的关系．故不符合题意．
故选C；
（2）A、电动车的车把套上刻有花纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦，故A正确；
B、惯性是物体的一种属性，紧急刹车时，人会向前倾，是由于人具有惯性，不可以说惯性作用，故B错误；
C、行驶过程中轮胎克服摩擦做功，机械能转化为内能，使轮胎的内能增加、温度升高而发热，故C正确；
D．座垫做得宽大柔软，是通过增大受力面积减小乘坐时的压强，故D正确；
所以错误的是B；
（3）蓄电池的最大容量：W_电=0.5kW•h=0.5×3.6×10⁶J=1.8×10⁶J，
根据题中的效率值可得，电能转化为的机械能：
W_机械能=W_电×（1-20%）×75%=1.8×10⁶J×（1-20%）×75%=1.08×10⁶J；
由题意和热机效率公式可得，Q_放×40%=mq×40%=W_机械能，
需要汽油的质量：
m=$\frac{{W}_{机械能}}{q×40%}$=$\frac{1.08×1{0}^{6}J}{4.5×1{0}^{7}J/kg×40%}$=0.06kg=60g；
（4）小明和车总质量m_总=50kg+40kg=90kg，
根据图象求出摩擦阻力f=90kg×$\frac{5}{20}$N/kg=22.5N，
克服摩擦力做功的最大功率：P=fv=22.5N×10m/s=225W；
消耗电功率：
P_电=$\frac{P}{75%}$=$\frac{225W}{75%}$=300W，
由P=UI可知：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{300W}{48V}$=6.25A．
（5）蓄电池一次充满电后的能量一定，所做总功一定，负重越大，所受的阻力越大，最大行驶的路程越小；由于W=Fs，所以，影响车子运动时受到的阻力会影响电动车充满电后的最大行驶路程；
（6）已知客运效率η=$\frac{人数×路程}{消耗的能量}$，则：
电动自行车的客运效率：
η₁=$\frac{1×20km}{1×1{0}^{6}J}$，
轿车的客运效率：
η₂=$\frac{4×100km}{3.2×1{0}^{8}J}$，
η₁：η₂=$\frac{1×20km}{1×1{0}^{6}J}$：$\frac{4×100km}{3.2×1{0}^{8}J}$=16：1．
故答案为：（1）C；（2）B；（3）1.08×10⁶；60；（4）225；6.25；
（5）蓄电池一次充满电后的能量一定，所做总功一定，负重越大，所受的阻力越大，最大行驶的路程越小
车运动的速度（车子运动时受到的阻力）等；（6）16：1．

点评 本题以电动车为载体考查了力学、热学、电学、磁学中相关知识，知识点多、综合性强，要求灵活所用所学知识，属于难题！