某科研興趣小組對超聲波充電汽車進行了研究.研究發現:通過安置在*座上的電流轉換器,將電能轉換為超聲波,電動小車...
問題詳情:
某科研興趣小組對超聲波充電汽車進行了研究.研究發現:通過安置在*座上的電流轉換器,將電能轉換為超聲波,電動小車上的接收器收到超聲波訊號,可以將其能量轉換為電能為電池充電(如圖1所示).接收器接收到的超聲波功率與它和轉換器間距離L的平方成反比,它將超聲波能量轉化為電能並儲存在電池中的效率為50%,當小車與轉換器間距離L0=1m時,接收器接收到的超聲波功率P0=8w.當小車在平直路面上以0.2m/s的速度勻速行駛時,所消耗的電池電能的80%用於維持小車勻速行駛,小車受到的阻力為16N.
該科研興趣小組還對小車的轉向指示燈電路進行了研究,並設計瞭如圖2*所示的小車轉向指示燈電路模型,接通相應指示燈後,該指示燈會亮、暗(微弱發光)交替閃爍發光.電路中電源電壓恆為6伏,指示燈的規格為“6V 3W”,R0為定值電阻,電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計.
請據此解答下列問題:
(1)小車在平直路面上以0.2m/s的速度勻速行駛5min過程中消耗的電池電能多大?
(2)若充電時小車與轉換器間距L=2m,2h內所充電能使小車以0.2m/s的速度勻速行駛多遠?
(3)當轉向開關與觸點“2和3”接通時,右轉指示燈兩端實際電壓變化規律如圖2乙所示.已知當右轉指示燈微弱發光時,其兩端實際電壓為Ux,消耗的實際功率為額定功率的.求:
①右轉指示燈閃爍交替工作30秒消耗的電能.
②定值電阻R0的阻值.(指示燈的電阻不變)
【回答】
【考點】電功的計算;歐姆定律的應用.
【分析】(1)根據v=求出的行駛的路程,利用W=fs求出克服阻力做的功,根據效率求出需要消耗的電能;
(2)根據接收器接收到的超聲波功率與它和轉換器間距離L的平方成反比列出等式,據此求出收到的超聲波功率P,根據轉化為電能的效率和電能的利用效率求出克服阻力所能做的功,最後利用W=fs即可求出距離;
(3)①計算出指示燈兩種功率下的工作時間,而後據公式W=Pt計算電能即可;
②據燈泡的規格可以計算出燈泡的電阻,據燈泡的電阻和燈泡的實際功率可以計算出燈泡的實際電流,而後再據串聯電路電壓和電流的規律即可得出*.
【解答】解:
(1)由v=得,小車在平直路面上勻速行駛5min的過程中行駛的路程:
s=vt=0.2m/s×300s=60m,
克服阻力做的功:W=fs=16N×60S=960J,
消耗的電能:E===1200J;
(2)設充電小車與轉換器間距L=2m時接收到超聲波的功率為P,由題意得:
=,即=P0=2W;
由能量守恆定律可得,W′=Ptη1η2=2W×7200S×50%×80%=5760J,
由W=fs得:s===360m;
(3)①燈泡發出微弱光時的功率:P2=P1═×3W=0.12W,
由圖乙可知,每1.5S的時間,3W的指示燈工作時間是0.5S,0.12W的工作時間是1S,
所以:指示燈工作30S時,3W的指示燈工作時間:t1=╳0.5S=10S,0.12W的指示燈工作時間:t2=30S﹣10S=20S,
右轉指示燈閃爍交替工作30秒消耗的電能:
W=W1+W2=P1t1+P2t2=3W╳10s+0.12W╳20S=32.4J;
②根據P=可得:燈泡的電阻:R===12Ω;
當燈泡發出微弱光時的功率:P2=0.12W時,
據P=I2R可知,I===0.1A;
故由歐姆定律可知此時燈泡的電壓是:UL=IR=0.1A×12Ω=1.2V,
根據串聯電路的總電壓等於各電阻兩端的電壓之和可知:
定值電阻的電壓U′=U﹣UL=6V﹣1.2V=4.8V;
故由歐姆定律可知定值電阻的阻值是:
R0===48Ω.
答:(1)小車在平直路面上以0.2m/s的速度勻速行駛5min過程中消耗的電池電能為1200J;
(2)若充電時小車與轉換器間距L=2m,2h內所充電能使小車以0.2m/s的速度勻速行駛360m;
(3)①右轉指示燈閃爍交替工作30秒消耗的電能為32.4J.
②定值電阻R0的阻值為48Ω.
知識點:電功率單元測試
題型:計算題
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