Question

3．摩托車排放的尾氣造成空氣污染越來越嚴重．許多大中城市嚴禁摩托車在市內(nèi)行駛，在這種情況下，電動自行車具有更好的發(fā)展前景．因為電動自行車可以電動騎行，亦可以腳踏騎行．使用前，應先對車上的蓄電池充電．電動騎行時，蓄電池對車上電動機供電，電動機為車提供動力．現(xiàn)有一輛電動自行車，沿著水平筆直的道路勻速行駛，在0.5h內(nèi)，電動行駛了9km．此時車上電動機的工作電壓為32V，工作電流為4A．
（1）電動自行車在電動騎行啟動時，能量是如何轉(zhuǎn)化的？
（2）若車和人在行駛過程中所受阻力為20N，則這段路程內(nèi)該車克服阻力所做的功為多少？額外功為多少？
（3）該車電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）電動自行車是一種新的交通工具，它是利用蓄電池來供電，通過電動機將電能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置；
（2）根據(jù)功的計算公式W=fs求出這段路程內(nèi)該車克服阻力所做的功；消耗電能是總功W=UIt，由此計算額外功；
（3）根據(jù)機械效率公式η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$求該車電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率．

解答 解：
（1）電動自行車在電動騎行啟動時，用蓄電池來供電，將蓄電池的化學能轉(zhuǎn)化成電能，再通過電動機將電能轉(zhuǎn)化成機械能的；
（2）這段路程內(nèi)該車克服阻力所做的功是有用功：
W_有=fs=20N×9000m=1.8×10⁵J；
消耗總的能量：
W_總=UIt=32V×4A×0.5×3600s=2.3×10⁵J，
所以額外功：
W_額=W_總-W_有=2.3×10⁵J-1.8×10⁵J=5×10⁴J；
（3）電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{1.8×1{0}^{5}J}{2.3×1{0}^{5}J}$×100%≈78.1%．
答：（1）化學能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為機械能；
（2）這段路程內(nèi)該車克服阻力所做的功為1.8×10⁵J，額外功是5×10⁴J；
（3）該電動車的效率是78.1%．

點評 此題綜合性很強，既考查了功的計算，也考查了能量轉(zhuǎn)化和利用率，計算過程中要注意使用國際單位．