Question

3．2015年4月16日，中國首創(chuàng)的十秒級閃充電車在中國南車株洲電力機(jī)車有限公司正式下線，如圖所示．這種電車采用超級電容（一種可以直接以電能形式儲存能量的設(shè)備，像蓄電池一樣也有正、負(fù)兩極）作為電能存儲設(shè)備．這種超級電容安全環(huán)保，可反復(fù)充放電100萬次以上，使用壽命長達(dá)十年．與該車相匹配的充電樁安裝在各公交站點(diǎn)，充電樁在乘客上下車的約30s時間里即可把電充滿，并可讓車持續(xù)正常行駛5km以上．充電樁給電動汽車充電和電容存儲設(shè)備工作時的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表所示．則：

物理 量	充電時的輸入電壓	電容存儲設(shè)備的額定輸出電壓	電容存儲設(shè)備額定輸出功率	每次充滿 時的能量	每次充滿的時間	每次充滿電正常行駛的距離
數(shù)據(jù)	380V	700V	72kw	1.8×107J	30s	5km

（1）關(guān)于電動汽車的物理知識，下列說法錯誤的是B
A．電動汽車的能量轉(zhuǎn)化是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
B．電動汽車的電動機(jī)的是根據(jù)電磁感應(yīng)發(fā)明而來
C．電動汽車前進(jìn)和倒車，通過改變電流方向來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)動方向的
D．首先發(fā)現(xiàn)電與磁之間聯(lián)系的科學(xué)家是奧斯特
（2）充電樁為電動汽車充電時的輸出功率是多少？電容存儲設(shè)備正常工作時的電流是多少？（結(jié)果保留一位小數(shù)）．
（3）如果電容存儲設(shè)備將電能的60%轉(zhuǎn)化為汽車前進(jìn)的機(jī)械能，則電動汽車勻速行駛過程中，受到的阻力為多大？此時電動汽車速度是多少？
（4）如果電價按0.5元/（kW•h）計(jì)費(fèi)，那么，電動汽車每行駛1km需要花費(fèi)多少錢？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電動機(jī)的原理、電動機(jī)工作的能量轉(zhuǎn)化、受力方向與電流方向和磁場方向的關(guān)系；奧斯特實(shí)驗(yàn)首先發(fā)現(xiàn)了電與磁之間的聯(lián)系；
（2）已知每次充滿時的能量和每次充滿的時間，利用P=$\frac{W}{t}$可求得充電樁為電動汽車充電時的輸出功率；
已知電容存儲設(shè)備的額定輸出功率和電容存儲設(shè)備的額定輸出電壓，根據(jù)P=UI變形可求得電容存儲設(shè)備正常工作時的電流多大；
（3）由W_機(jī)械=60%W_電能可得轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能，電動汽車勻速行駛，阻力與牽引力是平衡力，由W=Fs=fs計(jì)算阻力，由P=Fv計(jì)算電動汽車速度；
（4）已知每次充滿時的能量和每次充滿電正常行駛的距離，可知所需要的電費(fèi)，然后可求電動汽車每行駛1km所需要的費(fèi)用．

解答 解：
（1）A、電動汽車的電動機(jī)工作時，消耗了電能，獲得了機(jī)械能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故A正確；
B、電動汽車的電動機(jī)是根據(jù)通電線圈在磁場中受力而發(fā)生轉(zhuǎn)動的原理制成的，故B錯誤；
C、電動汽車的前進(jìn)和倒車時，要改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向與電流和磁場方向有關(guān)，而改變電流方向更為方便，故C正確；
D、首先發(fā)現(xiàn)電與磁之間聯(lián)系的科學(xué)家是奧斯特，故D正確．
故選B．
（2）由表中數(shù)據(jù)知，每次充滿時的能量1.8×10⁷J，每次充滿的時間30s，
充電樁為電動汽車充電時的輸出功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{1.8×1{0}^{7}J}{30s}$=6×10⁵W；
電容存儲設(shè)備的額定輸出功率72kW，電容存儲設(shè)備的額定輸出電壓700V，
根據(jù)P=UI可得，電容存儲設(shè)備輸出的電流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{72×1{0}^{3}W}{700V}$≈102.9A；
（3）電容存儲設(shè)備的輸出電能的60%轉(zhuǎn)化為汽車前進(jìn)的機(jī)械能，即：W_機(jī)械=60%W_電能，
汽車勻速行駛，所以阻力f=F，
由W=Fs可得阻力：f=F=$\frac{60%{W}_{電}}{s}$=$\frac{60%×1.8×1{0}^{7}J}{5000m}$=2.16×10³N；
由題意可知P_機(jī)械=60%P_輸出，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得電動汽車速度：
v=$\frac{60%{P}_{輸出}}{F}$=$\frac{60%×72×1{0}^{3}W}{2.16×1{0}^{3}N}$=20m/s；
（4）每次充滿時的能量：W=1.8×10⁷J=1.8×10⁷×=$\frac{1}{3.6×1{0}^{6}}$kW•h=5kW•h，
每次充滿電正常行駛的距離為5km，則所需費(fèi)用n=5kW•h×0.5元/（kW•h）=2.5元；
電動汽車每行駛1km所需要的費(fèi)用n′=$\frac{2.5元}{5}$=0.5元．
答：（1）B；
（2）充電樁為電動汽車充電時的輸出功率是6×10⁵W，電容存儲設(shè)備正常工作時的電流是102.9A；
（3）電動汽車勻速行駛過程中，受到的阻力為2.16×10³N，此時電動汽車速度是20m/s；
（4）電動汽車每行駛1km需要花費(fèi)0.5元．

點(diǎn)評 本題考查了對電動機(jī)工作原理的認(rèn)識和理解，功、電功率計(jì)算公式的靈活應(yīng)用，考查內(nèi)容多，綜合性強(qiáng)，關(guān)鍵是從表格中獲取有用數(shù)據(jù)．