Question

上海國際一級方程式賽車場呈“上”字造型，賽道總長約5.4公里，擁有14個不同轉彎半徑的彎道和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動方向．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，賽場安排了巡警，如圖1是巡警所用的某品牌電動巡邏車，其主要技術參數如表所示．已知該電動巡邏車在水平路面上勻速行駛時所受的阻力為人車總重的0.04倍，設該電動機能把電能全部用來牽引巡邏車克服阻力做功．總質量為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．

整車裝備質量	680kg
電動機額定功率	3kW
額定工作電壓	48V
最高時速	30km/h

求：
①電動機消耗了多少電能？
②巡邏車通過了多少路程？
③若輪胎與地面的總接觸面積是9×10^-2m²，巡邏車停止時，人和車對地面的壓強是多大？（g取10N/kg）
（2）賽車運動對汽車工業的促進作用很大，為節約能源．目前汽車剎車器均采用油壓制動．油壓制動剎車時消耗的機械能以內能形式排放掉，形成能源的浪費．現有一種汽車再生制動器，能把汽車剎車制動時消耗的機械能轉化為電能而儲存起來，有效地利用了能量．將汽車正常行駛時關閉發動機，直至汽車停止的過程中，通過再生制動器將動能轉化為電能的效率稱為儲能效率．從能量轉化的角度看，汽車再生制動器相當于______．（電動機/汽油機/發電機）
（3）某次測試過程中，先讓汽車正常行駛，然后關閉發動機，分別測出開啟和關閉再生制動器兩種情況下，汽車通過的路程s與對應的速度大小v，計算出動能E_k，作出E_k-s圖象，如圖2．可以看出，開啟再生制動器進行測試的圖線是①、②中的______，該次測試中儲能效率為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據W=Pt求出電動機消耗的電能；
②首先求出總重力，再求出巡邏車的牽引力，再根據P=求出牽引力做的功，最后根據W=Fs求出通過的路程；
③根據G=mg求出重力，對地面的壓力等于其重力，再根據p=求出對地面的壓強；
（2）發電機是根據電磁感應現象制成的，將動能轉化為電能；
（3）從圖象中可以看出，汽車做勻速直線運動時速度不變，動能不變，當關閉發動機后，速度減小，動能減小，但動能與速度的平方成正比，因此動能與路程的圖象應是②．
由圖象可以看出正常行駛的情況下，關閉發動機后行駛40m-30m=10m；開啟再生制動器行駛的距離為34m-30m=4m，所以轉化為機械能的效率為==40%，即可求出儲能效率．
解答：解：（1）①電動機消耗電能：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=，
∴發動機做的功：W=Pt=3000W×600s=1.8×10⁶J，
∵W=Fs，
∴巡邏車通過的路程：s===5000m；
③車對地面的壓力：F=G=9000N，
車對地面的壓強：p===1×10⁵Pa；
（2）汽車再生制動器，能把汽車剎車制動時消耗的機械能轉化為電能而儲存起來，所以汽車再生制動器相當于發電機；
（3）從圖象中可以看出，汽車做勻速直線運動時速度不變，動能不變，當關閉發動機后，速度減小，動能減小，但動能與速度的平方成正比，因此動能與路程的圖象應是②．
由圖象可以看出正常行駛的情況下，關閉發動機后行駛40m-30m=10m；開啟再生制動器行駛的距離為34m-30m=4m，所以轉化為機械能的效率為==40%，所以儲能效率為1-40%=60%．
故答案為：（1）①電動機消耗電能為1.8×10⁶J；
②巡邏車通過的路程為5000m；
③人和車對地面的壓強是1×10⁵Pa；
（2）發電機；
（3）②；60%．
點評：此題主要考查的是學生對電能、重力、功率、功和壓強計算公式的理解和掌握，難度較大．