某大学利用电动巴土提供从学校到火车站的送站服务,两地相距10km,行驶中巴士所受阻力恒为1.2×103N.设巴土的电机将电能转化为机械能的效率为80%,牵引力F与车速倒数的关系如图.
(1)巴士轮胎表面的花纹是为了________摩擦;轮胎与地面接触的总面积为0.2m2,搭载20名大学生后,巴士对地面的压强约增大________Pa.
(2)由图像可知,巴士的速度越大牵引力越________;当牵引力为2.4×103N时,巴士的速度为________m/s.
(3)提供动力的电池电压为500V,总容量为120Ah.行驶过程中电池的放电量不能超过总量的80%.则巴士充满一次电最多能来回跑_________趟.
增大 6×104 小 5 5
【解析】
(1)巴士轮胎表面的花纹是为了在压力一定时,利用增加接触面的粗糙程度来增大摩擦力;
根据常识知道,大学生的重力约为600N,若搭载20名大学生后,则对地面的压力增加约是:△F=nG=20×600N=12000N;又因为轮胎与地面接触的总面积是:S=0.2m2,所以巴士对地面增大的压强是:△p=△F/S=12000N/0.2m2=6×104 Pa;
(2)由图象知道,牵引力与速度的倒数成正比,即牵引力与速度成反比,所以牵引力越大,速度越小;
由图象知道,当牵引力是:F1=1.2×103 N时,速度的倒数是:,所以当牵引力是:F=2.4×103 N时,速度的倒数为0.2,故巴士的速度是:v=1/0.2m/s=5m/s;
(3)由于提供动力的电池电压是500V,总容量是120Ah,所以储存的总电能是:W=UIt=500V×120A×3600s=2.16×108 J,
由于行驶过程中电池的放电量不能超过总量的80%。则实际能消耗的电能是:
W′=W×80%=2.16×108 J×80%=1.728×108 J;
由于巴士的电机将电能转化为机械能的效率是80%,所以能获得的机械能(即有用能量)是:W有=ηW′=80%×1.728×108 J=1.3824×108 J;
所以,总共能行驶的距离是:s总=W有/F=1.3824×108J/1.2×103N=1.152×105 m=115.2km;
即巴士充满一次电最多能来回跑的趟数是:n=s总/2s=115.2km/20km=5.76≈5趟。
【点睛】
本题考查的是增大摩擦力的方法、压强的计算、对图象的理解以及能量转化的相关计算等知识,是一道综合题,有一定的难度。