Question

18．以蓄電池為驅(qū)動能源的環(huán)保汽車，總質(zhì)量為2.5×10³kg，該汽車蓄電池充滿電一次，測試時可供汽車以某一速度行駛150km，蓄電池提供給電動機的工作電流為50A，工作電壓為300V，汽車受到的阻力為車重的0.04倍，求：
（1）汽車在勻速行駛時受到的牽引力．
（2）若汽車動力裝置（包含蓄電池，電動機）的效率為75%，則蓄電池充滿一次電，使動力裝置儲蓄的能量為多少？
（3）太陽光照射到電池板上的輻射功率為1000W/m²，電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的效率為15%，如果用太陽能電池作為該環(huán)保汽車的驅(qū)動能源，其他條件不變，求太陽能電池板的最小面積？

Answer 1

分析 （1）已知汽車總質(zhì)量，可以得到總重量；已知阻力與車重的關系，可以得到阻力；汽車勻速直線行駛過程中受到的牽引力等于阻力；
（2）已知牽引力和行駛路程，可以得到有用功；已知有用功和動力裝置效率，可以得到動力裝置儲蓄的能量；
（3）已知蓄電池提供的電壓和電流，可以得到汽車行駛時的功率；已知電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的效率和汽車行駛時的功率，可以得到太陽能提供的功率，已知太陽光照射到電池板上的輻射功率和太陽能提供的功率，可以得到電池板的最小面積．

解答 解：
（1）汽車受到的阻力為f=0.04G=0.04mg=0.04×2.5×10³kg×10N/kg=1×10³N；
汽車勻速行駛時，牽引力為F=f=1×10³N；
（2）牽引力做的有用功為W_有用=Fs=1×10³N×1.5×10⁵m=1.5×10⁸J；
因為η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$，
所以動力裝置儲存的電能為W_總=$\frac{{W}_{有用}}{{η}_{1}}$=$\frac{1.5×1{0}^{8}J}{75%}$=2×10⁸J；
（3）汽車行駛時的功率為P_電=UI=300V×50A=1.5×10⁴W，
太陽能提供的功率為P_光=$\frac{{P}_{電}}{{η}_{2}}$=$\frac{1.5×1{0}^{4}W}{15%}$=1×10⁵W，
需要太陽能電池板的面積為S=$\frac{{P}_{光}}{{P}_{0}}$=$\frac{1×1{0}^{5}W}{1000W/{m}^{2}}$=100m²．
答：
（1）汽車在勻速行駛時受到的牽引力為1×10³N；
（2）蓄電池充滿一次電，使動力裝置儲蓄的能量為2×10⁸J；
（3）太陽能電池板的最小面積為100m²．

點評 此題是一道涉及力、熱和電的綜合題，考查了二力平衡條件的應用、重力與質(zhì)量的關系、電功率、能量轉(zhuǎn)換效率等知識，重點考查我們對基本規(guī)律和公式的掌握和應用，有一定難度．