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備，像蓄電池一樣也有正、負兩極）作為電能存儲設備．這種超級電容安全環(huán)保，可反復充放電100萬次以上，使用壽命長達十年．與該車相匹配的充電樁安裝在各公交站點，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備工作時的有關技術參數如下表所示．則：

物理 量	充電時的輸入電壓	電容存儲設備的額定輸出電壓	電容存儲設備額定輸出功率	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
數據	380V	700V	72kw	1.8×107J	30s	5km

（1）關于電動汽車的物理知識，下列說法錯誤的是B
A．電動汽車的能量轉化是電能轉化為機械能
B．電動汽車的電動機的是根據電磁感應發(fā)明而來
C．電動汽車前進和倒車，通過改變電流方向來改變電動機轉動方向的
D．首先發(fā)現(xiàn)電與磁之間聯(lián)系的科學家是奧斯特
（2）充電樁為電動汽車充電時的輸出功率是多少？電容存儲設備正常工作時的電流是多少？（結果保留一位小數）．
（3）如果電容存儲設備將電能的60%轉化為汽車前進的機械能，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）計費，那么，電動汽車每行駛1km需要花費多少錢？

Answer 1

分析 （1）根據電動機的原理、電動機工作的能量轉化、受力方向與電流方向和磁場方向的關系；奧斯特實驗首先發(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；
已知電容存儲設備的額定輸出功率和電容存儲設備的額定輸出電壓，根據P=UI變形可求得電容存儲設備正常工作時的電流多大；
（3）由W_機械=60%W_電能可得轉化成的機械能，電動汽車勻速行駛，阻力與牽引力是平衡力，由W=Fs=fs計算阻力，由P=Fv計算電動汽車速度；
（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，然后可求電動汽車每行駛1km所需要的費用．

解答 解：
（1）A、電動汽車的電動機工作時，消耗了電能，獲得了機械能，將電能轉化為機械能，故A正確；
B、電動汽車的電動機是根據通電線圈在磁場中受力而發(fā)生轉動的原理制成的，故B錯誤；
C、電動汽車的前進和倒車時，要改變電動機的轉動方向，而電動機的轉動方向與電流和磁場方向有關，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)系的科學家是奧斯特，故D正確．
故選B．
（2）由表中數據知，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；
電容存儲設備的額定輸出功率72kW，電容存儲設備的額定輸出電壓700V，
根據P=UI可得，電容存儲設備輸出的電流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{72×1{0}^{3}W}{700V}$≈102.9A；
（3）電容存儲設備的輸出電能的60%轉化為汽車前進的機械能，即：W_機械=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0.5元．

點評 本題考查了對電動機工作原理的認識和理解，功、電功率計算公式的靈活應用，考查內容多，綜合性強，關鍵是從表格中獲取有用數據．