有一种环保汽车,以蓄电池为驱动能源.此环保汽车运动时,蓄电池为车上的电动机 供电,电动机为汽车提供动力.某辆这种类型的环保汽车,总质量为3×103 kg,汽车轮胎与 地面的总接触面积为0.1m2.当它在永平路面上匀速行驶时,电动机工作电流为50A,工作电压为300V,汽车所受阻力为车重的0.04倍.(g取10N/kg)(1)汽车对路面的压强多大?(2)若该汽车用于牵引汽车前进的机械功率和电动机电功率的比值为4:5,则该车匀速前进的速度多大?(3)如果改用太阳能电池给车上的电动机供电,其它条件不变,求所需的太阳能电池板的最小面积.结合计算结果对该设想中的太阳能汽车写出一条改进建议,已知太阳辐射的总功率为4×1026W,太阳到地球的距离为1.5×1011m,半径为r的球其表面积为4πr2.太阳光传播到地面的过程中,设有29.35%的能量损耗.该车所用太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为15%.
有一种环保汽车,以蓄电池为驱动能源.此环保汽车运动时,蓄电池为车上的电动机 供电,电动机为汽车提供动力.某辆这种类型的环保汽车,总质量为3×103 kg,汽车轮胎与 地面的总接触面积为0.1m2.当它在永平路面上匀速行驶时,电动机工作电流为50A,工作电压为300V,汽车所受阻力为车重的0.04倍.(g取10N/kg)
(1)汽车对路面的压强多大?
(2)若该汽车用于牵引汽车前进的机械功率和电动机电功率的比值为4:5,则该车匀速前进的速度多大?
(3)如果改用太阳能电池给车上的电动机供电,其它条件不变,求所需的太阳能电池板的最小面积.结合计算结果对该设想中的太阳能汽车写出一条改进建议,已知太阳辐射的总功率为4×1026W,太阳到地球的距离为1.5×1011m,半径为r的球其表面积为4πr2.太阳光传播到地面的过程中,设有29.35%的能量损耗.该车所用太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为15%.
(1)汽车总重:
G=mg=3×103kg×10N/kg=3×104N,
汽车对地面的压力:
F=G=3×104N,
汽车对地面的压强:
p=
=F S
=3×105Pa;3×104N 0.1m2
(2)汽车电动机的电功率:
P电=UI=300V×50A=15000W,
电动机的机械功率:
P机=P电×
=15000W×4 5
=12000W,4 5
∵P=Fv,
∴v=
=P机 F
=10m/s;12000W 0.04×3×104N
(3)地面上每平方米面积接受太阳辐射功率:
P0=
=1000W/m2,(1−29.35%)P总
4×3.14×(1.5×1011m) 2
由题意知,15%P0S板=P电,
∴S板=
=P电 15%P0
=100m2;15000W 15%×1×103W/m2
建议:提高太阳能电池光电转化率.
答:(1)汽车对路面的压强为3×105Pa;
(2)该车匀速前进的速度为10m/s;
(3)所需的太阳能电池板的最小面积为100m2;提高太阳能电池光电转化率.
答案解析:(1)知道汽车的总质量,利用重力公式G=mg求汽车总重,知道受力面积,利用压强公式p=
求汽车对路面的压强;F S
(2)知道电动机工作电流和工作电压,利用P=UI求汽车电动机的电功率,知道该汽车用于牵引汽车前进的机械功率和电动机电功率的比值,可求电动机的机械功率,求出牵引力大小,利用P=Fv求该车匀速前进的速度;
(3)利用P0=
求出地面上每平方米面积接受太阳辐射功率,由题知,15%P0S板=P电,据此求所需的太阳能电池板的最小面积;(1−29.35%)P总
4×3.14×(1.5×1011m) 2
建议可从提高太阳能电池光电转化率、减小车的质量、提高电动机效率等方面说明.
考试点:压强的大小及其计算;速度的计算;能量利用效率;电功率的计算.
知识点:本题以环保汽车为背景,考查了压强的计算、功率的计算、速度的计算,根据题意求出地面上每平方米面积接受太阳辐射功率是本题的关键,也是难点.