Question

3．2015年4月16日，中国首创的十秒级闪充电车在中国南车株洲电力机车有限公司正式下线，如图所示．这种电车采用超级电容（一种可以直接以电能形式储存能量的设备，像蓄电池一样也有正、负两极）作为电能存储设备．这种超级电容安全环保，可反复充放电100万次以上，使用寿命长达十年．与该车相匹配的充电桩安装在各公交站点，充电桩在乘客上下车的约30s时间里即可把电充满，并可让车持续正常行驶5km以上．充电桩给电动汽车充电和电容存储设备工作时的有关技术参数如下表所示．则：

物理 量	充电时的输入电压	电容存储设备的额定输出电压	电容存储设备额定输出功率	每次充满 时的能量	每次充满的时间	每次充满电正常行驶的距离
数据	380V	700V	72kw	1.8×107J	30s	5km

（1）关于电动汽车的物理知识，下列说法错误的是B
A．电动汽车的能量转化是电能转化为机械能
B．电动汽车的电动机的是根据电磁感应发明而来
C．电动汽车前进和倒车，通过改变电流方向来改变电动机转动方向的
D．首先发现电与磁之间联系的科学家是奥斯特
（2）充电桩为电动汽车充电时的输出功率是多少？电容存储设备正常工作时的电流是多少？（结果保留一位小数）．
（3）如果电容存储设备将电能的60%转化为汽车前进的机械能，则电动汽车匀速行驶过程中，受到的阻力为多大？此时电动汽车速度是多少？
（4）如果电价按0.5元/（kW•h）计费，那么，电动汽车每行驶1km需要花费多少钱？

Answer 1

分析 （1）根据电动机的原理、电动机工作的能量转化、受力方向与电流方向和磁场方向的关系；奥斯特实验首先发现了电与磁之间的联系；
（2）已知每次充满时的能量和每次充满的时间，利用P=$\frac{W}{t}$可求得充电桩为电动汽车充电时的输出功率；
已知电容存储设备的额定输出功率和电容存储设备的额定输出电压，根据P=UI变形可求得电容存储设备正常工作时的电流多大；
（3）由W_机械=60%W_电能可得转化成的机械能，电动汽车匀速行驶，阻力与牵引力是平衡力，由W=Fs=fs计算阻力，由P=Fv计算电动汽车速度；
（4）已知每次充满时的能量和每次充满电正常行驶的距离，可知所需要的电费，然后可求电动汽车每行驶1km所需要的费用．

解答 解：
（1）A、电动汽车的电动机工作时，消耗了电能，获得了机械能，将电能转化为机械能，故A正确；
B、电动汽车的电动机是根据通电线圈在磁场中受力而发生转动的原理制成的，故B错误；
C、电动汽车的前进和倒车时，要改变电动机的转动方向，而电动机的转动方向与电流和磁场方向有关，而改变电流方向更为方便，故C正确；
D、首先发现电与磁之间联系的科学家是奥斯特，故D正确．
故选B．
（2）由表中数据知，每次充满时的能量1.8×10⁷J，每次充满的时间30s，
充电桩为电动汽车充电时的输出功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{1.8×1{0}^{7}J}{30s}$=6×10⁵W；
电容存储设备的额定输出功率72kW，电容存储设备的额定输出电压700V，
根据P=UI可得，电容存储设备输出的电流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{72×1{0}^{3}W}{700V}$≈102.9A；
（3）电容存储设备的输出电能的60%转化为汽车前进的机械能，即：W_机械=60%W_电能，
汽车匀速行驶，所以阻力f=F，
由W=Fs可得阻力：f=F=$\frac{60%{W}_{电}}{s}$=$\frac{60%×1.8×1{0}^{7}J}{5000m}$=2.16×10³N；
由题意可知P_机械=60%P_输出，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得电动汽车速度：
v=$\frac{60%{P}_{输出}}{F}$=$\frac{60%×72×1{0}^{3}W}{2.16×1{0}^{3}N}$=20m/s；
（4）每次充满时的能量：W=1.8×10⁷J=1.8×10⁷×=$\frac{1}{3.6×1{0}^{6}}$kW•h=5kW•h，
每次充满电正常行驶的距离为5km，则所需费用n=5kW•h×0.5元/（kW•h）=2.5元；
电动汽车每行驶1km所需要的费用n′=$\frac{2.5元}{5}$=0.5元．
答：（1）B；
（2）充电桩为电动汽车充电时的输出功率是6×10⁵W，电容存储设备正常工作时的电流是102.9A；
（3）电动汽车匀速行驶过程中，受到的阻力为2.16×10³N，此时电动汽车速度是20m/s；
（4）电动汽车每行驶1km需要花费0.5元．

点评 本题考查了对电动机工作原理的认识和理解，功、电功率计算公式的灵活应用，考查内容多，综合性强，关键是从表格中获取有用数据．