Question

上海國(guó)際一級(jí)方程式賽車場(chǎng)呈“上”字造型，賽道總長(zhǎng)約5.4公里，擁有14個(gè)不同轉(zhuǎn)彎半徑的彎道和9種不同組合的賽道．賽車比賽中，車手要不斷改變賽車的速度和運(yùn)動(dòng)方向．賽車比賽精彩激烈、難度大、科技含量高．
（1）為了保證比賽的安全，賽場(chǎng)安排了巡警，如圖1是巡警所用的某品牌電動(dòng)巡邏車，其主要技術(shù)參數(shù)如表所示．已知該電動(dòng)巡邏車在水平路面上勻速行駛時(shí)所受的阻力為人車總重的0.04倍，設(shè)該電動(dòng)機(jī)能把電能全部用來(lái)牽引巡邏車克服阻力做功．總質(zhì)量為220kg的四名巡警乘坐該車，在水平路面上以額定功率勻速行駛10min．

整車裝備質(zhì)量	680kg
電動(dòng)機(jī)額定功率	3kW
額定工作電壓	48V
最高時(shí)速	30km/h

求：
①電動(dòng)機(jī)消耗了多少電能？
②巡邏車通過(guò)了多少路程？
③若輪胎與地面的總接觸面積是9×10^-2m²，巡邏車停止時(shí)，人和車對(duì)地面的壓強(qiáng)是多大？（g取10N/kg）
（2）賽車運(yùn)動(dòng)對(duì)汽車工業(yè)的促進(jìn)作用很大，為節(jié)約能源．目前汽車剎車器均采用油壓制動(dòng)．油壓制動(dòng)剎車時(shí)消耗的機(jī)械能以內(nèi)能形式排放掉，形成能源的浪費(fèi)．現(xiàn)有一種汽車再生制動(dòng)器，能把汽車剎車制動(dòng)時(shí)消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能而儲(chǔ)存起來(lái)，有效地利用了能量．將汽車正常行駛時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，直至汽車停止的過(guò)程中，通過(guò)再生制動(dòng)器將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率稱為儲(chǔ)能效率．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，汽車再生制動(dòng)器相當(dāng)于______．（電動(dòng)機(jī)/汽油機(jī)/發(fā)電機(jī)）
（3）某次測(cè)試過(guò)程中，先讓汽車正常行駛，然后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，分別測(cè)出開(kāi)啟和關(guān)閉再生制動(dòng)器兩種情況下，汽車通過(guò)的路程s與對(duì)應(yīng)的速度大小v，計(jì)算出動(dòng)能E_k，作出E_k-s圖象，如圖2．可以看出，開(kāi)啟再生制動(dòng)器進(jìn)行測(cè)試的圖線是①、②中的______，該次測(cè)試中儲(chǔ)能效率為_(kāi)_____．

Answer 1

解：（1）①電動(dòng)機(jī)消耗電能：W=Pt=3000W×10×60s=1.8×10⁶J；
②總重力：G=mg=（m_車+m_人）g=（680Kg+220Kg）×10N/kg=9000N，
牽引力：F=f_阻=0.04G=0.04×9000N=360N，
∵P=，
∴發(fā)動(dòng)機(jī)做的功：W=Pt=3000W×600s=1.8×10⁶J，
∵W=Fs，
∴巡邏車通過(guò)的路程：s===5000m；
③車對(duì)地面的壓力：F=G=9000N，
車對(duì)地面的壓強(qiáng)：p===1×10⁵Pa；
（2）汽車再生制動(dòng)器，能把汽車剎車制動(dòng)時(shí)消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能而儲(chǔ)存起來(lái)，所以汽車再生制動(dòng)器相當(dāng)于發(fā)電機(jī)；
（3）從圖象中可以看出，汽車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)速度不變，動(dòng)能不變，當(dāng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，速度減小，動(dòng)能減小，但動(dòng)能與速度的平方成正比，因此動(dòng)能與路程的圖象應(yīng)是②．
由圖象可以看出正常行駛的情況下，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后行駛40m-30m=10m；開(kāi)啟再生制動(dòng)器行駛的距離為34m-30m=4m，所以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為==40%，所以儲(chǔ)能效率為1-40%=60%．
故答案為：（1）①電動(dòng)機(jī)消耗電能為1.8×10⁶J；
②巡邏車通過(guò)的路程為5000m；
③人和車對(duì)地面的壓強(qiáng)是1×10⁵Pa；
（2）發(fā)電機(jī)；
（3）②；60%．
分析：（1）①根據(jù)W=Pt求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能；
②首先求出總重力，再求出巡邏車的牽引力，再根據(jù)P=求出牽引力做的功，最后根據(jù)W=Fs求出通過(guò)的路程；
③根據(jù)G=mg求出重力，對(duì)地面的壓力等于其重力，再根據(jù)p=求出對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（2）發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；
（3）從圖象中可以看出，汽車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)速度不變，動(dòng)能不變，當(dāng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，速度減小，動(dòng)能減小，但動(dòng)能與速度的平方成正比，因此動(dòng)能與路程的圖象應(yīng)是②．
由圖象可以看出正常行駛的情況下，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后行駛40m-30m=10m；開(kāi)啟再生制動(dòng)器行駛的距離為34m-30m=4m，所以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為==40%，即可求出儲(chǔ)能效率．
點(diǎn)評(píng)：此題主要考查的是學(xué)生對(duì)電能、重力、功率、功和壓強(qiáng)計(jì)算公式的理解和掌握，難度較大．