Question

2．无链条电动自行车，整体外形时尚，没有了链条，外观变得与普通自行车或电动车有些不同，如图所示．无链条电动自行车被称为“没有链条的混合动力电动自行车”．它结合了电子动力和人体动力，此车既可以通过给锂电池充电获得能量；也可以通过骑行者踩脚踏板获得能量．骑行者踩脚踏板的动能，可通过车上的发电机转化为电能，存储在自行车框架中的锂电池内，之后通过电动机驱动后轮转化成动能，以此驱动自行车前进．因此使骑行者骑得更省力，同时也能减少对环境的污染．与链条车相比，这种新型自行车具备许多优点．比如：省力、耐用、安全、灵便、干净卫生、结构简单、修理方便，骑行12000km也无须大修．因此，无链条电动自行车是城市中一种理想的交通工具．如表是某型号无链电动自行车主要技术参数：

整  车	整车质量	40kg
	最高车速	≤80km/h
	最大噪声	≤30dB
锂电池	电压	36V
	容量	10A．h
电动机	额定电压	36V
	额定功率	180W

（1）无链条电动自行车可将骑行者踩脚踏板所产生的动能通过发电机转化为电能，由车子的锂电池存储．
（2）行驶过程中轮胎与地面的总接触面积为0.01m²，当你骑着图中这款车在平直的公路上行驶时，请估算地面受到的压强是多大？
（3）图中这款车以额定功率行驶时的工作电流是多大？
（4）图中这款车的锂电池最多所储存的电能约多少J？
（5）图中这款车，若骑行者不踩脚踏板，仅靠锂电池驱动，这种“电力驱动”可使车连续行驶2×10⁴m；若骑行者踩脚踏板辅助锂电池给车提供能量，这种“混合动力驱动”可使车连续行驶3.5×10⁴m，则“混合动力驱动”时人所提供的能量与“电力驱动”时锂电池提供的能量之比为多少？

Answer 1

分析 （1）电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，其电路特点是有电源；电动机将电能转化为机械能；
（2）骑着图中这款车是对地面的压力等于自己和车的总重力，估测出自己的质量，利用G=mg求出总重力，利用p=$\frac{F}{S}$求解压强；
（3）利用电功率计算公式P=UI计算图中这款车以额定功率行驶时的工作电流；
（4）从材料中可以看出，该电池的电压和电量，根据公式W=UIt可求它充足电后所储存的电能．
（5）根据“混合动力驱动”时人所提供的能量等于总能量减去“电力驱动”时锂电池提供的能量，然后即可求二者之比．

解答 解：（1）“发电机”实现“自发电”的发电原理是电磁感应现象，无链条电动自行车可将骑行者踩脚踏板所产生的动能通过发电机转化为电能，由车子的锂电池存储之后再通过电动机驱动后轮再次转化成动能．
（2）自己的质量约为50kg，
则骑着图中这款车是对地面的压力：
F=G=（m_车+m_自己）g=（40kg+50kg）×10N/kg=900N，
对地面的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{900N}{0.01{m}^{2}}$=9×10⁴Pa；
（3）根据P=UI可得，图中这款车以额定功率行驶时的工作电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{180W}{36V}$=5A；
（4）锂电池最多所储存的电能：
W=UIt=36v×10A×3600s=1.296×10⁶J；
（5）混合动力驱动时提供的能量：
W₂=Fs₂=F×3.5×10⁴m=F×3.5×10⁴J，
锂电池驱动时提供的能量：W₁=Fs₁=F×2×10⁴m=F×2×10⁴J，
“混合动力驱动”时人所提供的能量：
W₃=W₂-W₁=F×3.5×10⁴ J-F×2×10⁴ J=F×1.5×10⁴J，
“混合动力驱动”时人所提供的能量与“电力驱动”时锂电池提供的能量之比：
$\frac{{W}_{3}}{{W}_{1}}$=$\frac{F×1.5×1{0}^{4}J}{F×2×1{0}^{4}J}$=$\frac{3}{4}$．
答：（1）电；
（2）当你骑着图中这款车在平直的公路上行驶时，地面受到的压强是9×10⁴Pa；
（3）图中这款车以额定功率行驶时的工作电流是5A；
（4）图中这款车的锂电池最多所储存的电能约1.296×10⁶J；
（5）“混合动力驱动”时人所提供的能量与“电力驱动”时锂电池提供的能量之比为3：4．

点评 本题考查能量的转化、压强大小的计算、功、电功和电能的计算，涉及到的知识点较多，综合性较强，关键是能从题目所给的表格中获得相关信息，并熟练运用各种公式进行计算，解题过程中要注意单位的换算．