Question

3．2016年雾霾天气调查报告显示，我国雾霾天气现象增多，危害加重．造成雾霾天气的最主要“元凶”是PM2.5．
（1）某科研队伍成功研制出PM2.5净化器，其原理如图1所示．闭合开关S₁、S₂后，风扇旋转吸入含有颗粒物空气，当颗粒物接近带有负电荷的光洁金属网C时会被快速吸引过来．当颗粒物通过光洁金属网C后，会带上负电荷，然后被带有正电荷的棉芯D吸附住，这是因为异种电荷互相吸引．
（2）大力发展电动汽车，减少燃油汽车的尾气排放量是防止雾霾天气的有效措施．电动汽车没有传统无轨电车的“辫子”、没有尾气排放，乘客上下车的间隙时间可充满电，充满电后可使电车正常行驶20分钟．刹车和下坡时，还可把大部分的刹车能量转成电能回收储存再使用． 超级电容储能式现代电车将在我国一些大城市投入使用．若某辆电车的技术参数如下表：

整备质量（吨）	12
座位数（人）	50～60
电动机工作电压（V）	500
电动机的线圈电阻（Ω）	2
行李舱（m3）	0.6
轮胎数（只）	12
最高车速（km/h）	80

①若电车电瓶已消耗完电，在乘客上下车的间隙对电瓶充电，要使该车以12m/s的速度是在水平路面上匀速行驶15分钟，电动机线圈中的电流为40A，则至少要向电瓶充多少千瓦时的电？
②若不计电动机发热以外的其他能量损耗，此时汽车的牵引力是多大？

Answer 1

分析 （1）电荷间的作用规律是：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；
（2）①根据P=UI求出电动机输出功率，再根据W=Pt求出汽车消耗的电能即可；
②先求出电车消耗的机械功率，再根据P=Fv求解牵引力．

解答 解：（1）当颗粒物快速通过光洁金属网C后，会带上负电荷，然后被带有正电荷的棉芯D吸附住，这是因为异种电荷相互吸引．
（2）①电动机输出功率为：
P=UI=500V×40A=20000W=20kW，
汽车行驶时间t=15min=0.25h，
汽车消耗的电能为：
W_电=Pt=20kW×0.25h=5kW•h，
所以至少要向电瓶充5kW•h的电；
②电动机发热损耗的功率：
P_热=I²R=（40A）²×2Ω=3200W，
则电动机的机械功率：
P=P_电-P_热=20000W-3200W=16800W，
电车的速度v=12m/s，
由P=Fv得，电车的牵引力为：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{16800W}{12m/s}$=1400N．
答：（1）异种电荷互相吸引；
（2）①至少要向电瓶充5千瓦时的电；
②此时汽车的牵引力是1400N．

点评 本题是一道信息题，要求同学们能读懂题目，能从题目中提取有效信息，注意物理原理在实际生活中的应用，难度适中．