6.14 汽车能量效率转换和电磁继电器电学图像综合训练 1.共享单车是方便群众出行的公共自行车，如图所示．有人提出共享单车没有照明灯，晚 上骑车不安全，小明想给共享单车安装自动的动力充电装置，假设人骑车的平均功率为 80W，骑车时对车做功的 20%用来充电，其充电效率为 40%． （1）如果人骑车时的平均速度为 5m/s，求骑车时受到的平均阻力是多少？ （2）如果白天以 5m/s 的速度骑车 2km 可以给蓄电池充多少电能？ （3）如果晚上仍以相同的速度骑车 1km，让额定功率为 8W 的 LED 灯泡正常发光照明， 此车白天至少需骑多少时间？ 2.科技小组的同学设计了如图甲所示的恒温水箱温控电路（设环境温度不高于 20℃），由 工作电路和控制电路组成．工作电路中的电热器上标有“ 220V 2000W”的字样；控制电 路中热敏电阻 Rt 作为感应器探测水温，置于恒温水箱内，其阻值随温度变化的关系如图乙 所示，R1 为滑动变阻器．电磁铁产生的吸引力 F 与控制电路中电流 I 的关系如图丙所示， 衔铁只有在不小于 4.5N 吸引力的作用下才能被吸下．闭合开关 S（不计继电器线圈的电 阻）． （1）用电热器给恒温箱中 50kg 的水加热，正常工作 20min 时，水温由 20℃升高到 30℃，求电热器的加热效率？[水的比热容 C=4.2×103 J/(kg℃)] （2）调节滑动变阻器，使 R1=250Ω，为了把温度控制在 30℃左右，设定在水温低于 30℃时自动加热，在水温达到 30℃时停止加热，求控制电路中的电源电压 U 是 多少？ （3）设控制电路中电源电压 U 不变，将水箱中水温由 30℃的恒温调节到 25℃的恒温， 求此情况下滑动变阻器接入电路中的阻值是多少？ 1.【解答】解：（1）由 P= F= = = =Fv 可得，骑车时平均牵引力的大小： =16N， 因骑车匀速行驶时处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力， 所以，骑车时受到的平均阻力： f=F=16N； （2）白天以 5m/s 的速度骑车 2km，牵引力做的功： W=Fs=16N×2000m=32000J， 由 η= ×100%可得，充电的能量： W 充电=η1W=20%×32000J=6400J， 由 η= ×100%可得，给蓄电池充的电能： W 电=η2W 充电=40%×6400J=2560J； （3）由 v= 可得，如果晚上仍以相同的速度骑车 1km 的时间： t= = =200s， 由 P= 可得，LED 灯泡正常发光照明消耗的电能： W 电′=PLEDt=8W×200s=1600J， 由效率公式可得： η1η2（W 晚+W 白）=W 电，即 20%×40%×（ 80W×200s+80W×t′）=1600J， 解得：t′=50s． 2.（1）Q=2.1×106J W=2.4×106J 87.5% （2）45V （3）220Ω 6.15 光电效率转换和电磁继电器电学图像综合训练 1.世界各国太阳能专家聚集巴黎，专门讨论了太空太阳能电站问题.这种空间电站的设想是 将太空站建在与地球同步轨道的一个固定位置上，向地球上的固定区域供电.其发电原 理如图所示.在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过光电转换把太阳能转变成电能， 再经微波转换器将电流转换成微波，并通过天线将电能以微波形式向地面发送，地面 接收站通过天线把微波能还原成电能. (1）如果太阳能电池的硅片面积为 4m2，可提供电功率为 50 kW，巨大的太阳能收集板 系统的总面积可达 5000 km2 ，其发电功率是多少千瓦？ (2）利用微波传输电能，输电效率可达 80%，试计算到达地面接收站时的功率实际是多 少千瓦? (3）如果一个太阳灶每平方米平均每分钟吸收太阳能 8.4×104 J，其效率为 15%，那么 表面积为 2 m2 的太阳灶输出 能量的功 率为多少？ 太阳能 收集板 卫星控 制器 微波发 射机 地球 2.如图甲是小明制作的防盗报警装置示意图，其中工作电路电源电压 U1=6V，指示灯 L 的 额定电压 UL=2.5V，定值电阻 R0=350Ω，控制电路电源电压 U2=1.5V，磁敏电阻 Rx 的阻值随其所处位置磁场强度的变化关系如图乙所示。小明在窗户上固定一小磁体， 当窗户左侧分别处在轨道 A、B、C 处时，磁敏电阻 Rx 所处位置的磁场强度分别为 a、b、c.当窗户关闭（即窗户左侧移到 A 点）后，闭合开关 S1 和 S2，指示灯 L 正常 发光，蜂鸣器不工作；当窗户打开一定程度时，指示灯熄灭，蜂鸣器发出警报声。 甲 乙 （ 1 ） 求 此 时 指 示 灯 L 正 常 发 光 消 耗 的 电 功 率 。 （2）已知电磁铁线圈中的电流达到 3mA 时，电磁铁的衔铁刚好被吸下，指示灯 L 熄 灭，蜂鸣器开始报警。现移动滑动变阻器 RP 的滑片，使其接入电路的阻值为其最大阻 值的 4/5，当窗户移至轨道 B 点位置时，蜂鸣器恰好开始报警。若要求窗户移至轨道 C 点位置时才开始报警，此时能否通过调节滑动变阻器的阻值来实现？请通过计算加 以说明。（电磁铁线圈电阻忽略不计） ` （1） （2） （3） 28. （6 分） （1） （2） 6.17 汽车效率能量计算和电磁继电器需作图的综合训练 1. 目前全国少数城市已投入使用超级电容公交车．超级电容器是一种新型电能存储设备， 像蓄电池一样也有正、负两极，可通过安装在各公交站点的充电桩快速充满电，让车能够 继续正常行驶．在制动过程中，电车又能通过发电机回收部分能量为超级电容充电，安全 高效环保． 假设某型号的超级电容公交车载满乘客时总质量为 15 t，某次运行时从充电桩充满电后电 车储存的能量约为 2×107 J，能以 10 m/s 的速度保持匀速直线行驶 6 km，能量利用的效 率 为 90%。 (1)电车发电机的工作原理是____________． (2)若公交车载满乘客时车胎与地面的总接触面积为 0.4 m2，求公交车对地面的压强． (3)若公交车在该次运行中受到的阻力恒定，则牵引力大小是多少？ (4)若公交车在该次运行中电容器输出电压为 300 V，不计电容器输出电能时的能量损耗， 则工作电路的电流有多大？ 2.某兴趣小组设计了如图 1 所示的多功能水位报警电路，当水面上升到警戒水位时，a、b 两点接通．控制开关连接 2、3 两触点时电铃发出忽强忽弱的报警声，控制开关连接 3、4 两触点电铃报警同时电灯会亮、暗交替闪烁发光，控制开关连接 4、5 两触点时仅有灯泡 闪烁发光．电路中电源电压恒为 6V，灯泡规格为“6V3W”，R0 为定值电阻，电磁铁线圈及 衔铁的阻值忽略不计． （ 1 ） 请 根 据 设 计 要 求在虚线框中将电路连接完整． （2）控制开关连接 4、5 两触点灯泡亮暗交替发光时，灯泡变亮的原因是什么？ （3）当控制开关与触点“4 和 5”接通时，灯泡两端实际电压变化规律如图 2 所示．已知当 灯泡微弱发光时，其两端实际电压为 U 实，消耗的实际功率为额定功率的 求：①灯泡闪烁交替工作 60s 消耗的电能？ ② 定值电阻 R0 的阻值．（灯泡的电阻不变） 　 ． 1.(1)电磁感应 解：(2)公交车对地面的压强 p＝＝＝＝3.75×105 Pa (3)由 W＝Fs 及 η＝×100%牵引力得 F＝＝＝3×103 N (4)公交车行驶的时间 t＝＝＝600 s 工作电路的电流 I＝＝≈111.1 A 2.（1）据图可知，控制开关连接 2、3 两触点时电铃发出忽强忽弱的报警声，控制开关连 接 3、4 两触点电铃报警同时电灯会亮、暗交替闪烁发光，控制开关连接 4、5 两触点时仅 有灯泡闪烁发光，则灯泡与电铃并联，如图所示． （2）控制开关连接 4、5 两触点灯泡亮暗交替发光时，灯泡变亮的原因是触点 AB 接触， R0 被短路，灯泡两端电压变大； （3）①此时灯泡发出微弱的光时的功率是：P′= P= ×3W=0.12W； 故据图乙可知，每 1.5s 的时间，指示灯 3W 工作时间是 0.5s，0.12W 工作时间还是 1s，故指示灯工作 60s，以 3W 功率工作的时间是 t1= ×0.5=20s，所以以 0.12W 工作的时间是 t2=60s﹣20s=40s； 由 P= 可得， 以 3W 功率消耗的电能是 W1=Pt1=3W×20s=60J； 则以 0.12W 功率消耗的电能是 W2=P′t2=0.12W×40s=4.8J； 60s 共消耗的电能是：W=60J+4.8J=64.8J， ② 据指示灯规格为“6V 3W”且灯泡的电阻不变，可知，灯泡的电阻是 R= = =12Ω； 当指示灯为 0.12W 时，据 P=I2R 可知，I=0.1A； 故此时灯泡的电压是：U=IR=0.1A×12Ω=1.2V，所以定值电阻的电压是：U′=6V﹣ 1.2V=4.8V； 故定值电阻的阻值是：R0= = =48Ω；