Question

6．現(xiàn)在很多旅游景點為方便游客都配有如圖1所示的新型太陽能電動觀光車，已知該車的整車質(zhì)量為400kg．（g取10N/kg）．
（1）該車利用太陽能電池給車供電，太陽能電池工作時的能量轉(zhuǎn)化過程是太陽能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）若車上人的總質(zhì)量是200kg，車輪與地面總接觸面積為500cm²，則觀光車靜止時對水平地面的壓強是多大？
（3）觀光車以5m/s的速度在水平路面上勻速行駛時，受到的平均阻力是200N，則5min內(nèi)觀光車克服阻力做的功是多少？牽引力做功的功率是多少？
（4）盤山公路可以簡化成物理斜面模型（如圖2），設(shè)山路長為s，高為h，重為G的觀光車在牽引力F的作用下沿山路勻速上到山頂，行駛過程中受到路面的摩擦力為f，忽略空氣的阻力．試利用功的原理推導(dǎo)摩擦力的表達式：f=F-$\frac{Gh}{s}$．

Answer 1

分析 （1）太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；
（2）觀光車靜止時對地面的壓力和自身的重力相等，根據(jù)F=G=mg求出其大小，利用p=$\frac{F}{S}$求出對水平地面的壓強；
（3）知道車行駛的速度和時間，根據(jù)速度公式求出行駛的距離，根據(jù)W=Fs求出克服阻力做的功，勻速行駛時牽引力做功的功和克服阻力做的功相等，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出牽引力做功的功率；
（4）把盤山公路簡化為物理模型斜面，牽引力做的功為總功，將汽車提升做的功為有用功，額外功等于總功減去有用功，而額外功是克服摩擦阻力做的功，據(jù)此求摩擦力大小．

解答 解：（1）太陽能電池工作時是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）觀光車靜止時對水平地面的壓力：
F=G_總=m_總g=（200kg+400kg）×10N/kg=6000N，
對水平地面的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{6000N}{500×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×10⁵Pa；
（3）觀光車以5m/s的速度在水平路面上勻速行駛時，
由v=$\frac{s}{t}$可得，行駛的距離：
s=vt=5m/s×5×60s=1500m，
克服阻力做的功：
W_阻=f_阻s=200N×1500m=3×10⁵J，
因勻速行駛時，牽引力做功的功和克服阻力做的功相等，
W_牽引=W_阻=3×10⁵J，
牽引力做功的功率：
P=$\frac{{W}_{牽引}}{t}$=$\frac{3×1{0}^{5}J}{5×60s}$=1000W；
（4）牽引力做的功為總功W_總=Fs，克服汽車重力做的功為有用功W_有用=Gh，
因W_總=W_有用+W_額，
所以，克服摩擦力做的功為W_額=W_總-W_有用=Fs-Gh，
由W_額=fs可得，摩擦力：
f=$\frac{{W}_{額}}{s}$=$\frac{Fs-Gh}{s}$=F-$\frac{Gh}{s}$．
答：（1）太陽能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）觀光車靜止時對水平地面的壓強是1.2×10⁵Pa；
（3）5min內(nèi)觀光車克服阻力做的功是3×10⁵J，牽引力做功的功率是1000W；
（4）利用功的原理推導(dǎo)摩擦力的過程如上圖所示．

點評 本題考查了太陽能蓄電池能量的轉(zhuǎn)化、壓強的計算、路程的計算、功和功率的計算以及功的原理，明確有用功和總功、額外功較為關(guān)鍵，要注意水平面上物體的壓力和自身的重力相等．