Question

6．如圖甲是某品牌的單輪平衡車，它是依靠電力驅(qū)動(dòng)及人體平衡能力控制的代步工具．騎行時(shí)，蓄電池給平衡車上的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力．下表該品牌當(dāng)單輪平衡車的主要技術(shù)參數(shù)．

質(zhì)量	15千克
最大車速	15千米/時(shí)
輪胎限壓	2×103帕
蓄電池儲(chǔ)存能量	0.36千瓦/時(shí)
輸出功率	180瓦

（1）為了確保安全，該單輪平衡車的電路部分安裝2個(gè)開關(guān)--電源開關(guān)S₁和壓力開關(guān)S₂，當(dāng)手動(dòng)閉合S₁時(shí)，指示燈亮起；此時(shí)騎行者再站立于平衡車踏板上后S₂自動(dòng)閉合，電動(dòng)機(jī)才能正常啟動(dòng)，平衡車才開始運(yùn)動(dòng)．未閉合S₁或騎行者未站立于踏板上，電動(dòng)機(jī)都無法啟動(dòng)．請(qǐng)根據(jù)上述要求將圖乙電路圖連接完整．．
（2）該平衡車行駛過程中輪胎與地面的接觸面積為0.005米²，體重為500牛的某中學(xué)生騎著該平衡車在平直的公路上行駛，則地面受到的壓強(qiáng)是多大？（g取10牛/千克）
（3）若該平衡車以最大車速行駛，則充滿電的蓄電池能使該車行駛的最大距離為多少千米？

Answer 1

分析 （1）并聯(lián)的各電路元件互不影響，能獨(dú)立工作；根據(jù)題意確定兩開關(guān)與燈泡、電動(dòng)機(jī)的連接方式，然后畫圖，
（2）中學(xué)生騎著該車在平直的公路上行駛時(shí)，對(duì)地面的壓力等于電動(dòng)自行車和自身的重力之和，利用F=G=mg求出其大小，受力面積為兩個(gè)輪胎與地面的接觸面積，利用p=$\frac{F}{S}$求出地面受到的壓強(qiáng)；
（3）求出蓄電池充滿電后的總能量，獲得的機(jī)械能即牽引力做的功，根據(jù)W=Fs求出行駛的最大距離；

解答 解：（1）由題意可知，指示燈和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，S₁控制干路，開關(guān)S₂控制電動(dòng)機(jī)，如圖所示：

（2）中學(xué)生的重力為500N，騎著該電動(dòng)自行車在平直的公路上行駛時(shí)，對(duì)地面的壓力：
F=G_總=G_人+m_車g=500N+15kg×10N/kg=650N，
受力面積：
S=0.005m²，
地面受到的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{650N}{0.005{m}^{2}}$=1.3×10⁵Pa；
（3）蓄電池充滿電后的總能量W=0.36×3.6×10⁶J=1.296×10⁶J，
最大車速v=15km/h=54m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{\;}$=Fv可得，
牽引力F=$\frac{P}{v}$=$\frac{180W}{54m/s}$=$\frac{10}{3}$N，
由W=Fs可得，
該車行駛的最大距離s=$\frac{W}{F}$=$\frac{1.296×1{0}^{6}J}{\frac{10}{3}N}$=3.888×10⁵m=388.8km．
答：（1）見上圖；（2）地面受到的壓強(qiáng)是1.3×10⁵Pa；
（3）充滿電的蓄電池能使該車行駛的最大距離為388.8km．

點(diǎn)評(píng) 本題圍繞我們熟悉的交通工具---單輪平衡車，考查了串并聯(lián)電路的設(shè)計(jì)，重力的計(jì)算，壓強(qiáng)的計(jì)算，速度公式及其應(yīng)用等，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，是一道好題．