Question

環(huán)保汽車將為2010年上海世博會服務(wù).某輛以蓄電池為驅(qū)動能源的環(huán)保汽車,總質(zhì)量m=3×10³ kg.當(dāng)它在水平路面上以v=36 km/h的速度勻速行駛時(shí),驅(qū)動電機(jī)的輸入電流I=50 A,電壓U=300 V.在此行駛狀態(tài)下

(1)求驅(qū)動電機(jī)的輸入功率P_電;

(2)若驅(qū)動電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率P_機(jī),求汽車所受阻力與車重的比值(g取10 m/s²);

(3)設(shè)想改用太陽能電池給該車供電,其他條件不變,求所需太陽能電池板的最小面積.結(jié)合計(jì)算結(jié)果,簡述你對該設(shè)想的思想.

已知太陽輻射的總功率P₀=4×10²⁶ W,太陽到地球的距離r=1.5×10¹¹ m,太陽光傳播到達(dá)地面的過程中大約有30%的能量損耗,該車所用太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率約為15%.

 

Answer 1

【答案】

1.5×10⁴ W    (2)    (3)s _min=101 m²

【解析】(1)驅(qū)動電機(jī)的輸入功率

P_電=IU=1.5×10⁴ W                                        ①

(2)在勻速行駛時(shí)P_機(jī)=0.9P_電=Fv=fv,                         ②

f=0.9P_電/v                                               ③

得汽車所受阻力與車重之比f/mg=0.045.                     ④

(3)當(dāng)陽光垂直電池板入射時(shí),所需板面積最小,設(shè)其為S.距太陽中心為r的球面面積S₀=4πr².                                                  ⑤

若沒有能量損耗,太陽能電池板接收到的太陽能功率為P′,則

                                                    ⑥

設(shè)太陽能電池

板實(shí)際接收的太陽能功率為P

P=(1-30%)P′                                            ⑦

                                        ⑧

由于P_電=15%P,所以電池板的最小面積

                         ⑨

分析可行性并提出合理的改進(jìn)建議如下:

由于所需太陽能電池板面積過大(101 m²),遠(yuǎn)超過一般汽車的面積,因此只有大幅度提高電池板的效率,才可以投入實(shí)際應(yīng)用.