Question

【題目】電動(dòng)汽車在行駛過程中，消耗電池能量對(duì)外做功使汽車前進(jìn)。汽車安裝的電池常用兩個(gè)物理量衡量其性能，見下表：

物理量	定義	單位
電池容量	電池存儲(chǔ)電量的多少	mAh
電池的能量密度ρ	單位質(zhì)量攜帶電能的多少	Wh/kg

某質(zhì)量m=0.056kg的電池以恒定電流放電時(shí)，端電壓與流過電池電量的關(guān)系如下圖所示。電池容量檢測(cè)系統(tǒng)在電壓為4V時(shí)顯示剩余電量100%，電壓為3V時(shí)顯示剩余電量0%。通過計(jì)算機(jī)測(cè)得曲線與電量軸所圍的面積約為7000V·mAh。

（1）該曲線與電量軸所圍面積的物理意義是什么？

（2）該電池的能量密度ρ是多少？

（3）在放電過程中剩余電量從100%到80%用了時(shí)間t，由圖像推測(cè)剩余電量從50%到30%約要多少時(shí)間？

（4）某電動(dòng)汽車除電池外總質(zhì)量為M，配上質(zhì)量為m、能量密度為ρ的電池，單次充電后可以在水平路面行駛距離s（s較長(zhǎng)，近似認(rèn)為全程勻速行駛），行駛中所受阻力與總質(zhì)量成正比，比例系數(shù)為k。假設(shè)電池能量的用來對(duì)外做功使汽車前進(jìn)，寫出汽車行駛距離s的表達(dá)式。為提升電動(dòng)車單次充電行駛最大距離，國(guó)家大力支持研發(fā)提高電池的能量密度，而不是僅靠增加車上電池質(zhì)量，請(qǐng)通過分析說明原因。

Answer 1

【答案】（1）表示對(duì)外做功的值

（2）125Wh/kg

（3）2t

（4）提高電池的能量密度ρ比增加電池質(zhì)量m更合理

【解析】

(1)根據(jù)圖像的坐標(biāo)軸可知，圖像所圍面積物理意義是U·It，表示對(duì)外做功的值；

(2)由（1）知，能量密度

(3)q=It，I不變則電量與時(shí)間成正比，由U-q圖像可知剩余電量從100到80，通過電池電量約300mAh，剩余電量從50到30，通過電池電量約600mAh，則時(shí)間約為2t

(4)設(shè)汽車質(zhì)量M，電池質(zhì)量m，單次充電行駛最大距離s，由題意，阻力與總質(zhì)量成正比，即

f=k（m +M）

汽車消耗電能，克服阻力做功

fs=k（m +M）s

電池能量的用來對(duì)外做功

W=fs =mρ

單次充電行駛最大距離

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s與m為非線性關(guān)系，有上限�？梢娦旭偟淖畲缶嚯x隨著電池質(zhì)量的增加，提升得越來越慢。s與ρ成正比，ρ增大并不增加阻力，不造成電能額外損耗，可見，提高電池的能量密度ρ比增加電池質(zhì)量m更合理。