Question

7．電動(dòng)巡邏車采用了微型轎車底盤(pán)，該款警車整車質(zhì)量600kg，最大載重量400kg，只需充電3到4小時(shí)就可使用，最大連續(xù)行駛里程為140公里．如圖是該輛電動(dòng)巡邏車動(dòng)力部分的電路簡(jiǎn)圖．行駛時(shí)，可通過(guò)改變調(diào)速電阻器的電阻來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩�改變汽車行駛速度．�?dāng)調(diào)速電阻器滑片在最左端時(shí)，該車的行駛速度最大，在最大載重時(shí)也能在水平路面上15min勻速行駛9km，此時(shí)電壓表示數(shù)為180V，電流表示數(shù)為15A．按最大載重的時(shí)候回答下列問(wèn)題：（g取10N/kg）
（1）請(qǐng)說(shuō)出電動(dòng)汽車與普通汽車相比的優(yōu)缺點(diǎn)各一條．優(yōu)點(diǎn)電動(dòng)車對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，噪音小，缺點(diǎn)充電一次行駛里程少．
（2）該巡邏車行駛最快速度是多大？
（3）巡邏車停在水平地面上，車輪胎承受的最大壓強(qiáng)不能超過(guò)2×10⁵ Pa，那么輪胎與地面的接觸面積最小是多少？
（4）該車以最大速度行駛時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率是多少？
（5）若該車以最大速度勻速行駛時(shí)，所受阻力是總重的0.02倍，則該車的效率是多少？（保留到整數(shù)）
（6）當(dāng)滑片向右移至某一位置時(shí)，汽車的行駛速度小于最大速度，此時(shí)電壓表示數(shù)為150V，電流表示數(shù)為10A，則此時(shí)調(diào)速電阻器接入電路的電阻大小是多少？

Answer 1

分析 （1）從蓄電池的使用和環(huán)境污染等角度分析．
（2）已知最大連續(xù)行駛里程為140公里和行駛時(shí)間，利用速度公式即可求解；
（3）先求出巡邏車的總質(zhì)量，然后根據(jù)G=mg求出巡邏車的總重力，進(jìn)而得出巡邏車對(duì)水平地面的壓力；
根據(jù)p=$\frac{F}{S}$的變形公式S=$\frac{F}{p}$求出輪胎與地面的最小接觸面積．
（4）分析電路圖可知，電動(dòng)機(jī)和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)量電動(dòng)機(jī)兩端電壓，電流表測(cè)量通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流，當(dāng)汽車行駛速度最大時(shí)，滑片在最左端，知道電動(dòng)機(jī)兩端的電壓值和通過(guò)的電流值：利用P=UI求電動(dòng)機(jī)消耗的電功率；
（5）勻速行駛時(shí)，動(dòng)力等于阻力，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求得有用功率，再利用η=$\frac{{P}_{1}}{P}$可求得該車的效率；
（6）滑片向右移至某一位置時(shí)，電動(dòng)車與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，電流表測(cè)電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出調(diào)速電阻器兩端電壓，根據(jù)歐姆定律求出調(diào)速電阻器的阻值，

解答 解：（1）電動(dòng)車對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，噪音小；充電一次行駛里程少；
（2）t=15min=$\frac{15}{60}$h=0.25h；
該巡邏車行駛最快速度：v=$\frac{s}{t}$=$\frac{9km}{0.25h}$=36km/h；
（3）巡邏車對(duì)水平地面的壓力等于巡邏車的總重力，
即F=G=mg=（600kg+400kg）×10N/kg=10⁴N，
由p=$\frac{F}{S}$可得，輪胎與地面的最小接觸面積：
S=$\frac{F}{p}$=$\frac{1{0}^{4}N}{2×1{0}^{5}Pa}$=0.05m²；
（4）當(dāng)滑片在最左端時(shí)，電壓表的示數(shù)為電源電壓；
此時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率：P=UI₁=180V×15A=2700W；
（5）由題可知，該車所受阻力：f=0.02G=0.02×10⁴N=200N，
因?yàn)閯蛩傩旭�，所以牽引力等于阻力，即F=f=200N，
由（2）可知v=36km/h=36×$\frac{1}{3.6}$m/s=10m/s，
牽引力的功率：P₁=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=200N×10m/s=2000W，
該車的效率：
η=$\frac{{P}_{1}}{P}$×100%=$\frac{2000W}{2700W}$×100%=74%         
（6）設(shè)電壓表的示數(shù)為U₁，變阻器兩端的電壓為U₂，電源電壓為U，
則U₂=U-U₁=180V-150V=30V，
由I=$\frac{U}{R}$得調(diào)速電阻器接入電路的電阻：
R=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{30V}{10A}$=3Ω．
答：（1）電動(dòng)車對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，噪音小；充電一次行駛里程少．
（2）該巡邏車行駛最快速度是36km/h；
（3）輪胎與地面的接觸面積最小是0.05m²；
（4）該車以最大速度行駛時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率是2700W；
（5）該車的效率是74%；
（6）此時(shí)調(diào)速電阻器接入電路的電阻大小是3Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了速度公式的計(jì)算、電功率計(jì)算公式的應(yīng)用、歐姆定律的應(yīng)用等，串聯(lián)電路的（電壓、電流、電阻）特點(diǎn)是基礎(chǔ)，電動(dòng)機(jī)消耗功率的計(jì)算要用P=UI計(jì)算（消耗電能并不是全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）是本題的關(guān)鍵．