Question

16．我市一輛純電動客車銘牌上部分參數(shù)如表格所示．某次搭載乘客時車與人的總質(zhì)量為15000kg，假設(shè)車在額定功率下以20m/s的速度沿水平路面勻速行駛20min，所受阻力為車與人總重力的0.02倍（g取10N/kg，大氣壓強(qiáng)為1×10⁵Pa）．求：

核定載客人數(shù)	57
電動機(jī)額定功率	90kW
電動機(jī)額定電壓	600V
電池容量	600Ah

（1）電動機(jī)的額定電流；
（2）該過程客車消耗的電能；
（3）該過程中客車將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率；
（4）該車搭載了如圖所示的彈弓式安全錘，利用兩個吸盤將安全錘固定在玻璃窗的邊緣，緊急情況下，使用者像拉動彈弓一樣將錘頭向后拉，釋放后擊破玻璃．若吸盤的直徑為4厘米，為保證安全錘能正常使用，則拉開錘頭時允許施加的最大拉力為多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$求電動機(jī)的額定電流；
（2）消耗的電能W=P_額t；
（3）客車將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率等于牽引力做的有用功與消耗電能的比值；
（4）先求出每個吸盤的表面積S，根據(jù)F_氣=PS求出作用在每個吸盤上的大氣壓力，然后由F=2F′計算拉開錘頭時允許施加的最大拉力．

解答 解：（1）由表中數(shù)據(jù)，電動機(jī)的額定電流I_額=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{90{×10}^{3}W}{600V}$=150A；
（2）該過程客車消耗的電能W=Pt=90×10³w×20×60s=1.08×10⁸J；
（3）因客車做勻速直線運動，所以，牽引力F與車受到的阻力f為平衡力，
F=f=0.02G=0.02mg=0.02×1.5×10⁴kg×10N/kg=3000N，車在額定功率下以20m/s的速度沿水平路面勻速行駛20min通過的距離s=vt=20m/s×20×60s=2.4×10⁴m，牽引力在這個過程中做的有用功
W_有=Fs=3000N×2.4×10⁴m=7.2×10⁷J，所以，該過程中客車將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率
η=$\frac{{W}_{有}}{W}$=$\frac{7.2{×10}^{7}}{1.08{×10}^{8}}$×100%=66.7%；
（4）吸盤的面積S=$（\frac{0.04m}{2}）^{2}$×π=1.256×10^-3m²，作用在吸盤上的大氣產(chǎn)生的最大壓力（設(shè)吸盤內(nèi)部的空氣全部排出）F_氣=pS=1×10⁵Pa×1.256×10^-3m²=125.6N，所以，當(dāng)作用在吸盤上的拉力F′=125.6N時，吸盤被拉開，拉開錘頭時允許施加的最大拉力F=2F′=2×125.6N=251.2N．
答：（1）電動機(jī)的額定電流為150A；
（2）該過程客車消耗的電能為1.08×10⁸J；
（3）該過程中客車將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率為66.7%；
（4）拉開錘頭時允許施加的最大拉力為251.2N．

點評 本題緊密聯(lián)系生活實際，將電學(xué)知識與力學(xué)知識巧妙融合，考查電功、電功率、轉(zhuǎn)化效率、二力平衡、壓力、合力、路程的計算等知識，綜合性較強(qiáng)．