Question

2．摩托车排放的尾气造成的空气污染越来越严重．许多大中城市严禁摩托车在市内行驶，在这种情况下，电动自行车具有更好的发展前景．因为电动自行车可以电动骑行，亦可以脚踏骑行．使用前，应先对车上的蓄电池充电．电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力．现有一辆电动自行车，沿着水平笔直的道路匀速行驶，在0.5h内，电动行驶了9km．此时车上电动机的工作电压为32V，工作电流为4A．
（1）电动自行车在电动骑行启动时，能量是如何转化的？
（2）若该车和人共重1000N，行驶时轮胎与地面的接触面积共为8cm²，那么车对地面的压强多大？
（3）若车和人在行驶过程中所受阻力为20N，则这段路程内该车克服阻力所做的功为多少焦？
（4）该车电能的输出功率是多少瓦？电能转化为机械能的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）电动自行车是一种新的交通工具，它是利用蓄电池来供电，通过电动机将电能转化成机械能的装置；
（2）根据压强公式可直接求出车对地面的压强；
（3）根据功的计算公式W=Fs，可直接求出这段路程内该车克服阻力所做的功；
（4）由P=$\frac{{W}_{有用}}{t}$求出输出功率；
求出W_总，然后根据机械效率公式η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$，可直接得出答案．

解答 解：（1）电动自行车在电动骑行时，用蓄电池来供电，将蓄电池的化学能转化成电能，再通过电动机将电能转化成机械能的；所以能量的来源是化学能转化成电能的．
（2）由题意可知：地面的压力F=1000N，受力面积是s=8cm²=8×10^-4m²；则：
 车对地面压强：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1000N}{8×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.25×10⁶Pa；
（3）W_有=fs=20N×9000m=1.8×10⁵J；
（4）P有=$\frac{{W}_{有}}{t}$=$\frac{1.8×1{0}^{5}J}{0.5×3600s}$=100W；
W_总=UIt=32V×4A×30×60s=2.3×10⁵J，
效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{1.8×1{0}^{5}J}{2.3×1{0}^{5}J}$×100%=78.1%．
答：（1）化学能转化为电能，电能转化为机械能；
（2）车对地面的压强为1.25×10⁵Pa；
（3）这段路程内该车克服阻力所做的功为1.8×10⁵J；
（4）该车电能的输出功率是100W；该电动车的效率是78.1%．

点评 此题综合性很强，既考查了对压强大小及其计算，也考查了能量转化和利用率，还考查了功和功率的计算．计算过程中要注意使用国际单位．