题目内容
上海国际一级方程式赛车场呈“上”字造型，赛道总长约5.4公里，拥有14个不同转弯半径的弯道和9种不同组合的赛道．赛车比赛中，车手要不断改变赛车的速度和运动方向．赛车比赛精彩激烈、难度大、科技含量高．（1）为了保证比赛的安全，赛场安排了巡警，如图1是巡警所用的某品牌电动巡逻车，其主要技术参数如表所示．已知该电动巡逻车在水平路面上匀速行驶时所受的阻力为人车总重的0.04倍，设该电动机能把电能全部用来牵引巡逻车克服阻力做功．总质量为220kg的四名巡警乘坐该车，在水平路面上以额定功率匀速行驶10min．
| 整车装备质量 | 680kg |
| 电动机额定功率 | 3kW |
| 额定工作电压 | 48V |
| 最高时速 | 30km/h |
①电动机消耗了多少电能？
②巡逻车通过了多少路程？
③若轮胎与地面的总接触面积是9×10-2m2，巡逻车停止时，人和车对地面的压强是多大？（g取10N/kg）
（2）赛车运动对汽车工业的促进作用很大，为节约能源．目前汽车刹车器均采用油压制动．油压制动刹车时消耗的机械能以内能形式排放掉，形成能源的浪费．现有一种汽车再生制动器，能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来，有效地利用了能量．将汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过再生制动器将动能转化为电能的效率称为储能效率．从能量转化的角度看，汽车再生制动器相当于______．（电动机/汽油机/发电机）
（3）某次测试过程中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下，汽车通过的路程s与对应的速度大小v，计算出动能Ek，作出Ek-s图象，如图2．可以看出，开启再生制动器进行测试的图线是①、②中的______，该次测试中储能效率为______．
【答案】分析：（1）①根据W=Pt求出电动机消耗的电能；
②首先求出总重力，再求出巡逻车的牵引力，再根据P=
求出牵引力做的功，最后根据W=Fs求出通过的路程；
③根据G=mg求出重力，对地面的压力等于其重力，再根据p=
求出对地面的压强；
（2）发电机是根据电磁感应现象制成的，将动能转化为电能；
（3）从图象中可以看出，汽车做匀速直线运动时速度不变，动能不变，当关闭发动机后，速度减小，动能减小，但动能与速度的平方成正比，因此动能与路程的图象应是②．
由图象可以看出正常行驶的情况下，关闭发动机后行驶40m-30m=10m；开启再生制动器行驶的距离为34m-30m=4m，所以转化为机械能的效率为
=
=40%，即可求出储能效率．
解答：解：（1）①电动机消耗电能：W=Pt=3000W×10×60s=1.8×106J；
②总重力：G=mg=（m车+m人）g=（680Kg+220Kg）×10N/kg=9000N，
牵引力：F=f阻=0.04G=0.04×9000N=360N，
∵P=
，
∴发动机做的功：W=Pt=3000W×600s=1.8×106J，
∵W=Fs，
∴巡逻车通过的路程：s=
=
=5000m；
③车对地面的压力：F=G=9000N，
车对地面的压强：p=
=
=1×105Pa；
（2）汽车再生制动器，能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来，所以汽车再生制动器相当于发电机；
（3）从图象中可以看出，汽车做匀速直线运动时速度不变，动能不变，当关闭发动机后，速度减小，动能减小，但动能与速度的平方成正比，因此动能与路程的图象应是②．
由图象可以看出正常行驶的情况下，关闭发动机后行驶40m-30m=10m；开启再生制动器行驶的距离为34m-30m=4m，所以转化为机械能的效率为
=
=40%，所以储能效率为1-40%=60%．
故答案为：（1）①电动机消耗电能为1.8×106J；
②巡逻车通过的路程为5000m；
③人和车对地面的压强是1×105Pa；
（2）发电机；
（3）②；60%．
点评：此题主要考查的是学生对电能、重力、功率、功和压强计算公式的理解和掌握，难度较大．
②首先求出总重力，再求出巡逻车的牵引力，再根据P=
求出牵引力做的功，最后根据W=Fs求出通过的路程；③根据G=mg求出重力，对地面的压力等于其重力，再根据p=
求出对地面的压强；（2）发电机是根据电磁感应现象制成的，将动能转化为电能；
（3）从图象中可以看出，汽车做匀速直线运动时速度不变，动能不变，当关闭发动机后，速度减小，动能减小，但动能与速度的平方成正比，因此动能与路程的图象应是②．
由图象可以看出正常行驶的情况下，关闭发动机后行驶40m-30m=10m；开启再生制动器行驶的距离为34m-30m=4m，所以转化为机械能的效率为
=
=40%，即可求出储能效率．解答：解：（1）①电动机消耗电能：W=Pt=3000W×10×60s=1.8×106J；
②总重力：G=mg=（m车+m人）g=（680Kg+220Kg）×10N/kg=9000N，
牵引力：F=f阻=0.04G=0.04×9000N=360N，
∵P=
，∴发动机做的功：W=Pt=3000W×600s=1.8×106J，
∵W=Fs，
∴巡逻车通过的路程：s=
=
=5000m；③车对地面的压力：F=G=9000N，
车对地面的压强：p=
=
=1×105Pa；（2）汽车再生制动器，能把汽车刹车制动时消耗的机械能转化为电能而储存起来，所以汽车再生制动器相当于发电机；
（3）从图象中可以看出，汽车做匀速直线运动时速度不变，动能不变，当关闭发动机后，速度减小，动能减小，但动能与速度的平方成正比，因此动能与路程的图象应是②．
由图象可以看出正常行驶的情况下，关闭发动机后行驶40m-30m=10m；开启再生制动器行驶的距离为34m-30m=4m，所以转化为机械能的效率为
=
=40%，所以储能效率为1-40%=60%．故答案为：（1）①电动机消耗电能为1.8×106J；
②巡逻车通过的路程为5000m；
③人和车对地面的压强是1×105Pa；
（2）发电机；
（3）②；60%．
点评：此题主要考查的是学生对电能、重力、功率、功和压强计算公式的理解和掌握，难度较大．
练习册系列答案
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