Question

11．我國將發(fā)射攜帶有“中華月球車”的“嫦娥三號”探月衛(wèi)星．中華月球車如圖甲所示，該車總質(zhì)量為120千克，預(yù)計(jì)中華月球車在月球表面巡游至少90天，得到的數(shù)據(jù)將直接傳回地球．該車使用的是電壓為100伏的原子能電池，該電池可在零下150℃到180℃的溫度范圍內(nèi)連續(xù)工作30年．工作電路如圖乙所示，測得電動(dòng)機(jī)的兩端的電壓為80伏，電流表讀數(shù)為2安，月球車把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為40%．（已知同一物體在月球上的重力只有地球上的六分之一）

（1）圖乙中滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為多少？電動(dòng)機(jī)工作90天 消耗的電能是多少千瓦時(shí)？
（2）假定中華月球車在水平月面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受的阻力是總重的0.4倍，則該車運(yùn)動(dòng)的速度是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻；根據(jù)W=UIt求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能；
（2）根據(jù)G_月=$\frac{1}{6}$G_地=$\frac{1}{6}$m_地g求出該車的重力，然后根據(jù)題意求出受到的阻力，月球車勻速行駛處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，根據(jù)二力平衡條件可得牽引力的大��；根據(jù)P=UI求出消耗電能的功率，利用效率公式求出該車的機(jī)械功率，最后根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出該車運(yùn)動(dòng)的速度．

解答 解：（1）因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_M=100V-80V=20V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{20V}{2A}$=10Ω；
電動(dòng)機(jī)工作90天消耗的電能：
W=UIt=80V×2A×90×24h=345.6kW•h；
（2）該車的重力：
G_月=$\frac{1}{6}$G_地=$\frac{1}{6}$m_地g=$\frac{1}{6}$×120kg×10N/kg=200N，
該車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力：
f=0.4G=0.4×200N=80N，
因月球車在水平月面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，
所以，月球車受到的牽引力F=f=80N，
消耗電能的功率：
P=U_MI=100V×2A=200W，
該車的機(jī)械功率：
P_機(jī)=Pη=200W×40%=80W，
由P=Fv可得，該車運(yùn)動(dòng)的速度：
v=$\frac{{P}_{機(jī)}}{F}$=$\frac{80W}{80N}$=1m/s．
答：（1）圖中滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為10Ω；電動(dòng)機(jī)工作90天消耗的電能是345.6kW•h；
（2）該車運(yùn)動(dòng)的速度是1m/s．

點(diǎn)評 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式、重力公式、效率公式、功率公式的靈活應(yīng)用，理解月球的重力和月球車把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為40%是關(guān)鍵．