17. 【社会发展】(2025·十堰模拟)新能源汽车作为一种以清洁能源驱动的交通工具,可以减少传统燃油汽车对化石燃料的使用,如图甲是某国产混合动力汽车工作流程示意图,主要部件有发动机(汽油机)、蓄电池、电动机等,它们单独或组合向汽车提供动力,汽油机和电动机分属两套独立的工作系统,蓄电池通过电动机能单独驱动汽车,汽油机也能直接给汽车提供动力,两套系统还能同时工作驱动汽车。另外,该汽车还采用了再生制动器装置,汽车刹车制动时消耗的一部分动能可以转化为电能储存在蓄电池中,供汽车使用。($g$ 取 $10\ \mathrm{N/kg}$)

(1)该汽车(四轮)空车时自重 $1.72\ \mathrm{t}$,静止停在水平地面上时每只轮胎与地面接触面积为 $500\ \mathrm{cm}^{2}$,求汽车对地面的压强。
(2)汽车行驶时所受阻力与汽车总重的比值为 $0.1$,小明爸爸的体重为 $80\ \mathrm{kg}$,小明爸爸独自驾驶该油电汽车行驶,其速度随时间的变化图像如图乙所示,则该油电汽车在第 $10~40\ \mathrm{min}$ 时间内牵引力做的功是多少?
(3)该车电池采用能量密度为 $180\ \mathrm{W·h/kg}$ 的刀片电池,若一块刀片电池的质量为 $3.8\ \mathrm{kg}$,这块汽车电池由 $100$ 块刀片电池组成,该车充电时电压为 $600\ \mathrm{V}$,汽车电池在没电时开始充电,$12\ \mathrm{h}$ 可充满电,求充电时的电流。
(4)传统燃油车需要消耗石油,与传统燃油车相比,新能源汽车的优点是什么?
(1)该汽车(四轮)空车时自重 $1.72\ \mathrm{t}$,静止停在水平地面上时每只轮胎与地面接触面积为 $500\ \mathrm{cm}^{2}$,求汽车对地面的压强。
(2)汽车行驶时所受阻力与汽车总重的比值为 $0.1$,小明爸爸的体重为 $80\ \mathrm{kg}$,小明爸爸独自驾驶该油电汽车行驶,其速度随时间的变化图像如图乙所示,则该油电汽车在第 $10~40\ \mathrm{min}$ 时间内牵引力做的功是多少?
(3)该车电池采用能量密度为 $180\ \mathrm{W·h/kg}$ 的刀片电池,若一块刀片电池的质量为 $3.8\ \mathrm{kg}$,这块汽车电池由 $100$ 块刀片电池组成,该车充电时电压为 $600\ \mathrm{V}$,汽车电池在没电时开始充电,$12\ \mathrm{h}$ 可充满电,求充电时的电流。
(4)传统燃油车需要消耗石油,与传统燃油车相比,新能源汽车的优点是什么?
答案
(1) $ 8.6 × 10^4\ \mathrm{Pa} $;
(2) $ 4.86 × 10^7\ \mathrm{J} $;
(3) $ 9.5\ \mathrm{A} $;
(4) 减少化石燃料消耗、减少环境污染(合理即可)。
解析
(1) 汽车空车质量 $ m = 1.72\ \mathrm{t} = 1720\ \mathrm{kg} $,
重力 $ G = mg = 1720\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 17200\ \mathrm{N} $,
静止在水平地面,对地面压力 $ F = G = 17200\ \mathrm{N} $,
每只轮胎接触面积 $ S_0 = 500\ \mathrm{cm}^2 = 0.05\ \mathrm{m}^2 $,
四轮总接触面积 $ S = 4 × 0.05\ \mathrm{m}^2 = 0.2\ \mathrm{m}^2 $,
压强 $ p = \dfrac{F}{S} = \dfrac{17200\ \mathrm{N}}{0.2\ \mathrm{m}^2} = 8.6 × 10^4\ \mathrm{Pa} $。
(2) 小明爸爸质量 $ m_{\mathrm{人}} = 80\ \mathrm{kg} $,
汽车总质量 $ m_{\mathrm{总}} = 1720\ \mathrm{kg} + 80\ \mathrm{kg} = 1800\ \mathrm{kg} $,
总重力 $ G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 1800\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 18000\ \mathrm{N} $,
阻力 $ f = 0.1 G_{\mathrm{总}} = 0.1 × 18000\ \mathrm{N} = 1800\ \mathrm{N} $。
由图乙可知,第 $10~40\ \mathrm{min}$ 内汽车匀速行驶,速度 $ v = 15\ \mathrm{m/s} $,
牵引力 $ F_{\mathrm{牵}} = f = 1800\ \mathrm{N} $(二力平衡),
时间 $ t = 40\ \mathrm{min} - 10\ \mathrm{min} = 30\ \mathrm{min} = 1800\ \mathrm{s} $,
路程 $ s = vt = 15\ \mathrm{m/s} × 1800\ \mathrm{s} = 27000\ \mathrm{m} $,
牵引力做功 $ W = F_{\mathrm{牵}} s = 1800\ \mathrm{N} × 27000\ \mathrm{m} = 4.86 × 10^7\ \mathrm{J} $。
(3) 一块刀片电池能量密度 $ 180\ \mathrm{W·h/kg} $,质量 $ 3.8\ \mathrm{kg} $,
单块电池储能 $ E_0 = 180\ \mathrm{W·h/kg} × 3.8\ \mathrm{kg} = 684\ \mathrm{W·h} $,
100块总储能 $ E = 100 × 684\ \mathrm{W·h} = 68400\ \mathrm{W·h} = 68400 × 3600\ \mathrm{J} = 2.4624 × 10^8\ \mathrm{J} $。
充电时间 $ t = 12\ \mathrm{h} = 12 × 3600\ \mathrm{s} = 43200\ \mathrm{s} $,
充电功率 $ P = \dfrac{E}{t} = \dfrac{2.4624 × 10^8\ \mathrm{J}}{43200\ \mathrm{s}} = 5700\ \mathrm{W} $,
由 $ P = UI $ 得充电电流 $ I = \dfrac{P}{U} = \dfrac{5700\ \mathrm{W}}{600\ \mathrm{V}} = 9.5\ \mathrm{A} $。
(4) 新能源汽车优点:减少化石燃料消耗;减少尾气排放,降低空气污染;能量利用效率高;可利用再生制动回收能量等。(答出两点即可)
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