Question

19．电动车因为具有轻便、快捷和环保等优点备受大家喜爱．通常说的电动车是以蓄电池作为能量来源．为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，作了放电余留20%左右即停止电能输出的电路设计．如表是某型号电动自行车的相关数据．

整 车	整车质量	30kg
	最高车速	9m/s
	最大噪声	62dB
	效    率	75%
蓄电池	容    量	0.5kW•h
	供电电压	48V
电动机	额定电压	48V

（1）如图所示的实验中，能反映电动机工作原理的是C．
（2）关于电动车，下列说法中错误的是D．
A．手把上刻有花纹是为了增大摩擦，便于调速
B．紧急刹车时人会向前倾，是因为人有惯性要继续向前运动
C．行驶过程中轮胎发热，轮胎内能一定增大
D．坐垫做得宽大柔软，可减小乘坐时的压力
（3）该电动车最多能输出的机械能为1.08×10⁶J．若一般效率为20%的摩托车要获得同等的机械能，则需要燃烧汽油120g．（已知汽油的热值为4.5×10⁷J/kg）
（4）质量为50kg小明骑着该电动车，以最大规定速度在水平路面匀速行驶时，且该电动车行驶过程中所受到的摩擦力f随车辆和人的总质量M的变化关系图象如图乙所示．则该过程中电动车克服摩擦力做功的功率为180W，通过电动车的平均电流为5A．
（5）在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积．一个人骑电动自行车，消耗10⁶J的能量可行驶20km，一辆载有4人的普通轿车，消耗3.2×10⁸ J的能量可行驶100km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是16：1．

Answer 1

分析 （1）首先明确电动机的工作原理，然后根据图示的实验装置得到该装置反应的物理理论，两者对比从而可以得到答案；
（2）根据我们学习的有关的摩擦、惯性、内能变化和压强知识分析判断；
（3）知道蓄电池的容量和效率可求电动车最多能输出的机械能，再根据效率公式求出摩托车获得同等机械能时汽油完全燃烧释放的热量，再根据Q=mq求出需要燃烧汽油的质量；
（4）知道小明的质量可求总质量，根据图象求出受到的摩擦阻力，知道最大车速，利用P=fv求出功率，再求出消耗的电功率，利用P=UI求通过的最大电流；
（5）知道客运效率η=$\frac{人数×路程}{消耗的能量}$，求出电动自行车的客运效率和轿车的客运效率，再求出电动自行车与这辆轿车的客运效率之比．

解答 解：（1）电动机是利用通电导体在磁场中受力而运动制成的．
A．图中没有电源，则导体ab在磁场中做切割磁感线运动时，检流计指针发生偏转，说明产生了感应电流，这是电磁感应现象，是发电机原理，不符合题意；
B．是奥斯特实验，证明了通电导线周围存在磁场，不符合题意；
C．图中有电源，闭合开关后，通电导线在磁场中受力运动，是电动机的原理，符合题意；
D．研究的是电磁铁磁性的强弱与线圈匝数的关系．故不符合题意；
故选C．
（2）A．电动车的车把套上刻有花纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦，故A正确；
B．紧急刹车时，由于惯性人要继续向前运动，所以人会向前倾，故B正确；
C．行驶过程中轮胎克服摩擦做功，机械能转化为内能，使轮胎的内能增加、温度升高而发热，故C正确；
D．座垫做得宽大柔软，是通过增大受力面积减小乘坐时的压强，而不是减小乘坐时的压力，故D错误；
故选D．
（3）蓄电池的最大容量：
W_电=0.5kW•h=0.5×3.6×10⁶J=1.8×10⁶J，
根据题中的效率值可得，电能转化为的机械能：
W_机械能=W_电×（1-20%）×75%=1.8×10⁶J×（1-20%）×75%=1.08×10⁶J，
摩托车获得同等机械能时汽油完全燃烧释放的热量：
Q_放=$\frac{{W}_{机械}}{20%}$=$\frac{1.08×1{0}^{6}J}{20%}$=5.4×10⁶J，
由Q=mq可得，需要汽油的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.4×1{0}^{6}J}{4.5×1{0}^{7}J/kg}$=0.12kg=120g；
（4）小明和车总质量：m_总=50kg+30kg=80kg，
由图象可知，电动车受到的摩擦阻力为20N，
克服摩擦力做功的最大功率：P=fv=20N×9m/s=180W，
消耗的电功率：
P_电=$\frac{P}{75%}$=$\frac{180W}{75%}$=240W，
由P=UI可知，通过电动车的平均电流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{240W}{48V}$=5A；
（5）由题意可知，客运效率η=$\frac{人数×路程}{消耗的能量}$，
则电动自行车的客运效率：
η₁=$\frac{1×20km}{1×1{0}^{6}J}$，
轿车的客运效率：
η₂=$\frac{4×100km}{3.2×1{0}^{8}J}$，
电动自行车与这辆轿车的客运效率之比：
η₁：η₂=$\frac{1×20km}{1×1{0}^{6}J}$：$\frac{4×100km}{3.2×1{0}^{8}J}$=16：1．
故答案为：（1）C；（2）D；（3）1.08×10⁶；120；（4）180；5；（5）16：1．

点评 本题以电动车为载体考查了力学、热学、电学、磁学中相关知识，知识点多、综合性强，要求灵活所用所学知识，属于难题！