Question

10．閱讀短文，回答問題．
                                                              電動平衡車
    電動平衡車，又稱體感車（如圖甲），是一種時尚代步工具．它利用車體內(nèi)部的陀螺儀和加速度傳感器，來檢測車體姿態(tài)的變化，并利用伺服控制系統(tǒng)，精確地驅(qū)動電機進行相應(yīng)的調(diào)整，以保持系統(tǒng)的平衡．電動平衡車采用站立式駕駛方式，通過身體重心和操控桿控制車體運行，采用鋰電池組作為動力來源驅(qū)動左右兩個電動機行駛，下表為某品牌電動平衡車部分技術(shù)參數(shù)，能量密度是指電池單位質(zhì)量所輸出的電能．

鋰電池能量密度	0.25kW•h/kg	自重	12kg
鋰電池的總質(zhì)量	2kg	最大載重	90kg
每個電動機的最大輸出功率	350W	舒適速度	可達18km/h
電動機的能量轉(zhuǎn)化效率	75%	陡坡	15°

（1）當(dāng)人駕駛電動平衡車在水平路面上勻速直線運動時，下列說法中錯誤的是C．
A．平衡車輪胎上的花紋是為了增大摩擦
B．平衡車剎車時由于具有慣性不能立即停止下來
C．平衡車的重力與地面對平衡車的支持力是一對平衡力
D．人對平衡車的壓力與平衡車對人的支持力是一對相互作用力
（2）質(zhì)量48kg的小明駕駛電動平衡車時，若每只輪胎著地面積約25cm²，此時多水平地面壓強是1.2×10⁵Pa（取g=10N/kg）
（3）若小明駕駛電動平衡車在水平路面上以18km/h的速度勻速行駛時，受到的阻力是人與車總重的0.1倍，當(dāng)耗能為鋰電池總儲存能量的50%時，每個電動機的平均輸出功率為150W．平衡車行駛的路程是11.25km．
（4）如圖乙所示，科技興趣小組為平衡車設(shè)計的轉(zhuǎn)向指示燈電路，電路中電源電壓恒為6V，指示燈L₁、L₂的規(guī)格均為“6V 6W”，R₀為定值電阻，電磁鐵線圈及銜接的阻值忽略不計，不考慮指示燈電阻隨溫度的變化，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與“1”接通后，左轉(zhuǎn)指示燈L₁會亮暗交替閃爍，在上述過程中，左轉(zhuǎn)指示燈L₁兩端實際電壓U_L隨時間t變化規(guī)律如圖丙所示．
①當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與“1”接觸時，電磁鐵中電流通過，左轉(zhuǎn)指示燈L₁發(fā)光較暗（選填“較亮”或“較暗”），接著，銜鐵被吸下，觸電A與B接通，電磁鐵和電阻R₀被短路，左轉(zhuǎn)指示燈L₁發(fā)光較亮（選填“較亮”或“較暗”），此時，由于電磁鐵中沒有電流通過，銜鐵被彈簧拉上去，觸電A與B分離，電磁鐵中又有電流通過，隨后電磁鐵又將銜鐵吸下，如此循環(huán)，左轉(zhuǎn)指示燈L₁會亮暗交替閃爍．
②單刀雙擲開關(guān)S與“1”接通，觸電A與B分離時，電磁鐵上端是N極，定值電阻R₀的阻值為24Ω；③在單刀雙擲開關(guān)S與“1”接通情況下，左轉(zhuǎn)指示燈L₁亮暗交替閃爍工作1min，則整個電路消耗的電能為168J．

Answer 1

分析 （1）增大摩擦力的方法：在接觸面粗糙程度一定時，增大壓力、增大摩擦力；在壓力一定時，增大接觸面的粗糙程度、增大摩擦力；
物體保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性；
二力平衡的條件：兩個力大小相等、方向相反、在同一直線上、作用于同一物體上；
相互作用力：兩個力大小相等、方向相反、在同一直線上、作用在不同物體上．
（2）由F=G=mg可得壓力，由p=$\frac{F}{S}$計算壓強；
（3）電動平衡車在水平路面上勻速行駛，F(xiàn)=f=0.1G，由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv計算每個電動機的平均輸出功率；
由電動機能耗和效率，根據(jù)W=Fs計算平衡車行駛的路程；
（4）①分析S接1時，電磁鐵中電流通過，電路的連接情況，由此分析燈泡L₁的發(fā)光情況；再分析銜鐵被吸下時的電路連接情況，分析燈泡L₁的發(fā)光情況；
②根據(jù)安培定則判斷電磁鐵的極性；
根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求指示燈L₁的阻值；S與“1”接通，觸電A與B分離時，L₁與R₀串聯(lián)，由圖象知燈泡兩端電壓，由串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算R₀的阻值；
③根據(jù)W=UIt分別求出1s內(nèi)和1s～1.5s內(nèi)電路消耗的電能，進一步求出1min內(nèi)整個電路消耗的電能．

解答 解：
（1）A、輪胎上的花紋，是在壓力一定時，通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦力．故A正確；
B、平衡車剎車時由于具有慣性繼續(xù)向原來的方向運動，所以不能立即停止下來．故B正確；
C、平衡車的重力小于地面對平衡車的支持力，不符合二力平衡的條件．故C錯誤；
D、人對平衡車的壓力與平衡車對人的支持力大小相等、方向相反、在同一直線上、作用于兩個不同的物體上，是一對相互作用力．故D正確．
（2）車對水平地面的壓力：F=G_總=（m_車+m_人）g=（12kg+48kg）×10N/kg=600N，
車對水平地面的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{600N}{2×25×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.2×10⁵Pa．
（3）電動平衡車在水平路面上勻速行駛，所以電動機的牽引力：
F=f=0.1G_總=0.1×600N=60N，
因為P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，而且動力來源驅(qū)動左右兩個電動機，所以每個電動機平均輸出功率：
P=$\frac{1}{2}$Fv=$\frac{1}{2}$×60N×5m/s=150W；
由題知，耗能為鋰電池總儲存能量的50%，由表格數(shù)據(jù)知，電動機的能量轉(zhuǎn)化效率為 75%，鋰電池能量密度 0.25kW•h/kg，鋰電池的總質(zhì)量2kg，
所以電池提供電能用來做功的能量W=50%×75%×0.25kW•h/kg×2kg=0.1875kW•h=6.75×10⁵J，
由W=Fs可得平衡車行駛的路程：s=$\frac{W}{F}$=$\frac{6.75×1{0}^{5}J}{60N}$=11250m=11.25km；
（4）①開關(guān)S與“1”接觸時，電磁鐵中電流通過，燈L₁與R₀串聯(lián)，
由串聯(lián)電路的電壓特點知，此時L₁兩端電壓小于電源電壓6V，即小于其額定電壓6V，所以L₁不能正常工作，發(fā)光較暗；
銜鐵被吸下后，R₀被短路，電路中只有L₁連入電路，L₁兩端電壓等于電源電壓6V，L₁正常工作，發(fā)光較亮；
②由圖知，電流從電磁鐵下端流入，由安培定則可知，電磁鐵上端是北極；
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求指示燈L₁的阻值：R_L=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（6V）^{2}}{6W}$=6Ω，
S與“1”接通，觸電A與B分離時，L₁與R₀串聯(lián)，由圖象知燈泡兩端電壓U_L=1.2V，
則R₀兩端的電壓：U₀=U-U_L=6V-1.2V=4.8V；
由串聯(lián)電路特點和歐姆定律有：I_L=I_R，即：$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$
即：$\frac{1.2V}{6Ω}$=$\frac{4.8V}{{R}_{0}}$，
解得：R₀=24Ω；
③0～1s電路中電流I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{1.2V}{6Ω}$=0.2A，
電路消耗的電能：W₁=U_LIt=6V×0.2A×1s=1.2J；
當(dāng)觸點A與B接通時，電磁鐵和電阻R₀被短路，指示燈發(fā)光較亮，
根據(jù)圖象可知，此時指示燈兩端電壓為6V，此時電路中的電流：I′=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{6V}{6Ω}$=1A；
1s～1.5s電路消耗的電能：W₂=UI′t=6V×1A×0.5s=3J；
指示燈交替工作1min整個電路消耗的電能：W=（W₁+W₂）×$\frac{60s}{1.5s}$=（1.2J+3J）×40=168J．
故答案為：（1）C；（2）1.2×10⁵；（3）150； 11.25；（4）①較暗； 較亮（1 分）； ②N； 24； ③168．

點評 本題考查壓強、功、效率、電阻、電流、電功的計算以及安培定則的應(yīng)用，考查的知識點多，綜合性強．要能正確分析電路，關(guān)鍵是公式及其變形的應(yīng)用和串聯(lián)電路電壓和電流特點的理解．