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16.2015年4月16日,中国首创的十秒级闪充电车在宁波正式下线,如图所示,这种电车采用超级电容(一种可以直接以电能形式储存能量的设备,像蓄电池一样也有正、负两极)作为电能存储设备,这种超级电容安全环保,可反复充放电100万次以上,使用寿命长达十年,与该车相匹配的充电桩安装在各公交站点,充电桩在乘客上下车的约30s时间里即可把电充满,并可让电车持续正常行驶5km以上,在制动和下坡时,电车还可以把一部分动能再转化为电能为超级电容充电.
若假设这种电车的质量(满载,含乘客)为m=10t,正常匀速行驶时,电车受到的平均阻力f为车重G的0.02倍;正常匀速行驶时的速度为v=10m/s.(取g=10N/kg)求:
(1)这种电车正常匀速行驶时的功率P行.
(2)若这种电车每次充满电后持续正常行驶5km,正常匀速行驶时的效率为η行=90%,试估算,每次充满电,电车从充电桩所获得的能量E.
(3)若每次给这种电车充满电须耗时t=30s,试估算,充电桩为电车充电时的输出功率P出.
(4)若按电价0.5元/kW•h来计算,则每次充电需花电费多少元?与之间同样功能的燃油公交车百公里油耗约为36L,燃油价格按5.5元/L来计算,同样行驶5km需花费燃油费多少元?

分析 (1)利用G=mg求出电车的重力,利用平均阻力与车重的关系求出阻力,根据二力平衡条件可知牵引力,又知速度,利用P=Fv计算这种电车正常匀速行驶时的功率P行;
(2)计算出电车做功后,利用效率公式求需要的电能;
(3)已知充电能量和时间,利用功率公式即可计算充电桩输出功率;
(4)根据W=Fs可求得电车每行驶1千米所做的有用功,利用效率为η=90%,可求得消耗的总能力,然后可求得这种电车每行驶1千米需要的费用;
根据“与之同样功能的燃油公交车耗油量为36L/100km”可求得燃油公交车每行驶1千米的耗油量,然后根据燃油价格按5.5元/L可求得燃油公交车每行驶1千米需要的费用.

解答 解:(1)电车的重力:G=mg=10×103kg×10N/kg=1.0×105N,
所受阻力:f=0.02G=0.02×1.0×105N=2000N,
电车匀速行驶,则牵引力F=f=2000N,
电车正常匀速行驶时的功率:P行=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=2000N×10m/s=2.0×104W;
(2)电车每次充满电后持续正常行驶5km,电车做功:W=Fs=2×103N×5×103m=1.0×107J,
电车从充电桩所获得的能量:E=$\frac{W}{η}$=$\frac{1.0×1{0}^{7}J}{90%}$=1.11×107J;
(3)充电桩为电车充电时的输出功率:P出=$\frac{E}{t}$=$\frac{1.11×1{0}^{7}J}{30s}$=3.7×105W;
(4)每次充电所需电费:1.0×107×$\frac{1}{3.6×1{0}^{6}}$kW•h×0.5元/kW•h=1.39元;
电车持续正常行驶5km,耗油:V=5km×36L/100km=1.8L,
需燃油费:1.8L×5.5元/L=9.9元.
答:(1)这种电车正常匀速行驶时的功率为2.0×104W;
(2)若这种电车每次充满电后持续正常行驶5km,正常匀速行驶时的效率为η行=90%,试估算,每次充满电,电车从充电桩所获得的能量是1.11×107J;
(3)若每次给这种电车充满电须耗时t=30s,试估算,充电桩为电车充电时的输出功率为3.7×105W;
(4)若按电价0.5元/kWh来计算,则每次充电需花电费1.39元;与之间同样功能的燃油公交车百公里油耗约为36L,燃油价格按5.5元/L来计算,同样行驶5km需花费燃油费9.9元.

点评 本题考查重力、功和功率、能量利用效率的计算、以及二力平衡条件的应用,考查面比较广,关键是公式及其变形的灵活运用,还要知道物体做匀速运动时牵引力等于阻力.

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