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1. 新能源汽车因环保、节能等优势，越来越受到人们的青睐。如图所示的某品牌新能源电动汽车，可用两种不同充电桩充电，充满电的相关数据如表所示，不计充电过程中的能量损失。
(1)电动车的电池在充电过程中，电池内能量转化情况是
(2)若用普通充电桩充满电，则消耗的电能为
(3)用快充充电桩充电，消耗的电功率为
(4)如果上述充满电消耗的电能全部由燃烧汽油来提供，已知汽油的燃烧效率为30%，则需要消耗
(1)电动车的电池在充电过程中，电池内能量转化情况是
电能转化为化学能
。当电池放电供给电动机，驱动车辆行驶时，电动机内能量转化情况是电能转化为机械能
。(2)若用普通充电桩充满电，则消耗的电能为
66
kW·h。(3)用快充充电桩充电，消耗的电功率为
60
kW，充满电需要1.1
h。(4)如果上述充满电消耗的电能全部由燃烧汽油来提供，已知汽油的燃烧效率为30%，则需要消耗
17.2
kg汽油。(汽油的热值 $ q = 4.6 × 10^7 \, \mathrm{J/kg} $，计算结果保留一位小数)答案
1.(1)电能转化为化学能；电能转化为机械能 (2)66 (3)60；1.1 (4)17.2
解析
【分析】
本题考查能量转化、电能及热值的相关计算，解题思路如下：
1. 能量转化判断：充电时电池储存能量，是电能转化为化学能；电动机工作时将电能转化为机械能驱动车辆。
2. 普通充电桩消耗电能：结合题目给定的充电数据，直接确定消耗的电能数值。
3. 快充充电桩的功率和时间：利用电功率公式$P=\frac{W}{t}$，结合已知电能和时间计算功率，或已知功率计算时间。
4. 汽油质量计算：根据效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$算出汽油需放出的热量，再由热值公式$Q_{放}=mq$计算汽油质量。
【解析】
(1) 电动车电池充电时，消耗电能转化为内部的化学能储存；放电时电动机工作，将电能转化为机械能驱动车辆行驶，故能量转化为：电能转化为化学能；电能转化为机械能。
(2) 普通充电桩充满电消耗的电能为$66\ \mathrm{kW·h}$。
(3) 快充充电桩的电功率：由$P=\frac{W}{t}$，已知$W=66\ \mathrm{kW·h}$，充满电时间$t=1.1\ \mathrm{h}$，得$P=\frac{66\ \mathrm{kW·h}}{1.1\ \mathrm{h}}=60\ \mathrm{kW}$；充满电需要$1.1\ \mathrm{h}$。
(4) 先换算电能单位：$W=66\ \mathrm{kW·h}=66×3.6×10^6\ \mathrm{J}=2.376×10^8\ \mathrm{J}$；汽油燃烧效率$\eta=30\%$，则汽油完全燃烧需放出的热量$Q_{放}=\frac{W}{\eta}=\frac{2.376×10^8\ \mathrm{J}}{0.3}=7.92×10^8\ \mathrm{J}$；由$Q_{放}=mq$得，汽油质量$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{7.92×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}\approx17.2\ \mathrm{kg}$。
【答案】
1.(1)电能转化为化学能；电能转化为机械能 (2)66 (3)60；1.1 (4)17.2
【知识点】
能量转化、电能计算、热值计算
【点评】
本题结合新能源汽车的实际场景，考查基础的能量转化判断、电学和热学的公式应用，属于常规基础题，需要学生掌握核心概念和公式的灵活运用。
【难度系数】
0.3
本题考查能量转化、电能及热值的相关计算，解题思路如下：
1. 能量转化判断：充电时电池储存能量，是电能转化为化学能；电动机工作时将电能转化为机械能驱动车辆。
2. 普通充电桩消耗电能：结合题目给定的充电数据，直接确定消耗的电能数值。
3. 快充充电桩的功率和时间：利用电功率公式$P=\frac{W}{t}$，结合已知电能和时间计算功率，或已知功率计算时间。
4. 汽油质量计算：根据效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$算出汽油需放出的热量，再由热值公式$Q_{放}=mq$计算汽油质量。
【解析】
(1) 电动车电池充电时，消耗电能转化为内部的化学能储存；放电时电动机工作，将电能转化为机械能驱动车辆行驶，故能量转化为：电能转化为化学能；电能转化为机械能。
(2) 普通充电桩充满电消耗的电能为$66\ \mathrm{kW·h}$。
(3) 快充充电桩的电功率：由$P=\frac{W}{t}$，已知$W=66\ \mathrm{kW·h}$，充满电时间$t=1.1\ \mathrm{h}$，得$P=\frac{66\ \mathrm{kW·h}}{1.1\ \mathrm{h}}=60\ \mathrm{kW}$；充满电需要$1.1\ \mathrm{h}$。
(4) 先换算电能单位：$W=66\ \mathrm{kW·h}=66×3.6×10^6\ \mathrm{J}=2.376×10^8\ \mathrm{J}$；汽油燃烧效率$\eta=30\%$，则汽油完全燃烧需放出的热量$Q_{放}=\frac{W}{\eta}=\frac{2.376×10^8\ \mathrm{J}}{0.3}=7.92×10^8\ \mathrm{J}$；由$Q_{放}=mq$得，汽油质量$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{7.92×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}\approx17.2\ \mathrm{kg}$。
【答案】
1.(1)电能转化为化学能；电能转化为机械能 (2)66 (3)60；1.1 (4)17.2
【知识点】
能量转化、电能计算、热值计算
【点评】
本题结合新能源汽车的实际场景，考查基础的能量转化判断、电学和热学的公式应用，属于常规基础题，需要学生掌握核心概念和公式的灵活运用。
【难度系数】
0.3
2. 太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车，相比传统热机驱动的汽车，太阳能汽车是真正的零排放，正因为其环保的特点，太阳能汽车被诸多国家所提倡。如图所示的是科技人员设计的一种太阳能汽车，其质量为$1.5× 10^{3}\ \mathrm{kg}$，前挡风玻璃和顶盖皆由防太阳辐射的层压玻璃制作而成，车身轻便灵活，加速性能优越。它的电池完全由太阳能供能——通过安装在车顶和前端的电池板收集太阳能。在某次测试过程中，让该太阳能汽车沿平直路面匀速行驶34 km，汽车所受阻力为车重的$\dfrac{1}{15}$。
(1)当太阳光照射在电池板上给电池充电时，电池相当于电路中的
(2)在测试过程中，该太阳能汽车的牵引力做的功是多少？若一辆热机效率为20％的燃油汽车在行驶过程中，牵引力做相同的功，需要消耗多少升的汽油？（汽油的热值取$3.4× 10^{7}\ \mathrm{J/L}$，$g$取10 N/kg）
(3)该太阳能汽车上接收太阳能的电池板的面积为$2\ \mathrm{m}^{2}$，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为25％，则在测试过程中牵引力做功消耗的能量，需要该太阳能汽车在太阳光下充电多少时间获得？请你为太阳能汽车的发展提出一条建议。（已知太阳以球面的形状向外均匀辐射能量，辐射的总功率为$4× 10^{26}\ \mathrm{W}$，太阳到地球的距离为$1.5× 10^{11}\ \mathrm{m}$，半径为$r$的球面的面积为$4π r^{2}$，$π$取3.14，$3.14× 1.5^{2}=7.065$，太阳光传播到地球表面后，能量仅剩70.65％）
(1)当太阳光照射在电池板上给电池充电时，电池相当于电路中的
用电器
（填“电源”“开关”或“用电器”）。(2)在测试过程中，该太阳能汽车的牵引力做的功是多少？若一辆热机效率为20％的燃油汽车在行驶过程中，牵引力做相同的功，需要消耗多少升的汽油？（汽油的热值取$3.4× 10^{7}\ \mathrm{J/L}$，$g$取10 N/kg）
(3)该太阳能汽车上接收太阳能的电池板的面积为$2\ \mathrm{m}^{2}$，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率为25％，则在测试过程中牵引力做功消耗的能量，需要该太阳能汽车在太阳光下充电多少时间获得？请你为太阳能汽车的发展提出一条建议。（已知太阳以球面的形状向外均匀辐射能量，辐射的总功率为$4× 10^{26}\ \mathrm{W}$，太阳到地球的距离为$1.5× 10^{11}\ \mathrm{m}$，半径为$r$的球面的面积为$4π r^{2}$，$π$取3.14，$3.14× 1.5^{2}=7.065$，太阳光传播到地球表面后，能量仅剩70.65％）
答案
【解】(1)用电器
(2)在测试过程中,该太阳能汽车沿平直路面匀速行驶,牵引力和所受的阻力平衡,大小相等,则 $F=f=\dfrac{1}{15}G=\dfrac{1}{15}mg=\dfrac{1}{15}×1.5×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1×10^{3}\ \mathrm{N}$,该太阳能汽车的牵引力做的功 $W=Fs=1×10^{3}\ \mathrm{N}×34×10^{3}\ \mathrm{m}=3.4×10^{7}\ \mathrm{J}$,牵引力做相同的功,需要消耗的汽油完全燃烧放出的热量 $Q=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{3.4×10^{7}\ \mathrm{J}}{20\%}=1.7×10^{8}\ \mathrm{J}$,需要消耗的汽油体积 $V=\dfrac{Q}{q}=\dfrac{1.7×10^{8}\ \mathrm{J}}{3.4×10^{7}\ \mathrm{J/L}}=5\ \mathrm{L}$。
(3) $2\ \mathrm{m}^{2}$ 的太阳能电池板接收太阳辐射功率 $P_{0}=\dfrac{2\ \mathrm{m}^{2}×70.65\%×P_{\mathrm{总}}}{4π r^{2}}=\dfrac{2\ \mathrm{m}^{2}×70.65\%×4×10^{26}\ \mathrm{W}}{4×3.14×(1.5×10^{11}\ \mathrm{m})^{2}}=2\ 000\ \mathrm{W}$,则太阳能汽车上太阳能电池板接收太阳辐射转化为电能的功率 $P_{\mathrm{电}}=25\%P_{0}=25\%×2\ 000\ \mathrm{W}=500\ \mathrm{W}$,充电所需的时间 $t=\dfrac{W}{P_{\mathrm{电}}}=\dfrac{3.4×10^{7}\ \mathrm{J}}{500\ \mathrm{W}}=6.8×10^{4}\ \mathrm{s}$。
建议:提升太阳能电池的光电转化效率。
(2)在测试过程中,该太阳能汽车沿平直路面匀速行驶,牵引力和所受的阻力平衡,大小相等,则 $F=f=\dfrac{1}{15}G=\dfrac{1}{15}mg=\dfrac{1}{15}×1.5×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1×10^{3}\ \mathrm{N}$,该太阳能汽车的牵引力做的功 $W=Fs=1×10^{3}\ \mathrm{N}×34×10^{3}\ \mathrm{m}=3.4×10^{7}\ \mathrm{J}$,牵引力做相同的功,需要消耗的汽油完全燃烧放出的热量 $Q=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{3.4×10^{7}\ \mathrm{J}}{20\%}=1.7×10^{8}\ \mathrm{J}$,需要消耗的汽油体积 $V=\dfrac{Q}{q}=\dfrac{1.7×10^{8}\ \mathrm{J}}{3.4×10^{7}\ \mathrm{J/L}}=5\ \mathrm{L}$。
(3) $2\ \mathrm{m}^{2}$ 的太阳能电池板接收太阳辐射功率 $P_{0}=\dfrac{2\ \mathrm{m}^{2}×70.65\%×P_{\mathrm{总}}}{4π r^{2}}=\dfrac{2\ \mathrm{m}^{2}×70.65\%×4×10^{26}\ \mathrm{W}}{4×3.14×(1.5×10^{11}\ \mathrm{m})^{2}}=2\ 000\ \mathrm{W}$,则太阳能汽车上太阳能电池板接收太阳辐射转化为电能的功率 $P_{\mathrm{电}}=25\%P_{0}=25\%×2\ 000\ \mathrm{W}=500\ \mathrm{W}$,充电所需的时间 $t=\dfrac{W}{P_{\mathrm{电}}}=\dfrac{3.4×10^{7}\ \mathrm{J}}{500\ \mathrm{W}}=6.8×10^{4}\ \mathrm{s}$。
建议:提升太阳能电池的光电转化效率。
解析
【分析】
本题分三个问题逐步解决：
1. 第(1)题：明确电路中电源和用电器的区别，充电时电池消耗电能，将电能转化为化学能，因此属于用电器；
2. 第(2)题：汽车匀速行驶时牵引力与阻力平衡，先计算车重得到阻力，进而得牵引力，再根据$W=Fs$算牵引力做功；燃油汽车效率为20%，则汽油燃烧需放出的热量为牵引力做功除以效率，再由$Q=Vq$计算汽油体积；
3. 第(3)题：先根据太阳总辐射功率和球面面积算出地球表面单位面积接收的太阳辐射功率，结合电池板面积和到达地球的能量比例，得到电池板接收的太阳辐射功率，再乘以光电转化效率得到发电功率，最后由$t=\frac{W}{P}$计算充电时间；建议可从提升转化效率等方面提出。
【解析】
(1) 当太阳光照射在电池板给电池充电时，电池消耗电能，将电能转化为化学能，相当于电路中的用电器。
(2) 汽车的重力：$G=mg=1.5×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.5×10^4\ \mathrm{N}$，
汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，故牵引力：$F=f=\dfrac{1}{15}G=\dfrac{1}{15}×1.5×10^4\ \mathrm{N}=1×10^3\ \mathrm{N}$，
牵引力做的功：$W=Fs=1×10^3\ \mathrm{N}×34×10^3\ \mathrm{m}=3.4×10^7\ \mathrm{J}$；
燃油汽车牵引力做相同的功，汽油完全燃烧放出的热量：$Q=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{3.4×10^7\ \mathrm{J}}{20\%}=1.7×10^8\ \mathrm{J}$，
消耗汽油的体积：$V=\dfrac{Q}{q}=\dfrac{1.7×10^8\ \mathrm{J}}{3.4×10^7\ \mathrm{J/L}}=5\ \mathrm{L}$。
(3) 地球表面单位面积接收的太阳辐射功率：$P_{\mathrm{单}}=\dfrac{P_{\mathrm{总}}}{4π r^2}$，
则$2\ \mathrm{m}^2$电池板接收的太阳辐射功率：$P_0=\dfrac{2\ \mathrm{m}^2×70.65\%×P_{\mathrm{总}}}{4π r^2}=\dfrac{2×0.7065×4×10^{26}\ \mathrm{W}}{4×3.14×(1.5×10^{11}\ \mathrm{m})^2}=2000\ \mathrm{W}$，
太阳能电池转化为电能的功率：$P_{\mathrm{电}}=25\%P_0=0.25×2000\ \mathrm{W}=500\ \mathrm{W}$，
充电时间：$t=\dfrac{W}{P_{\mathrm{电}}}=\dfrac{3.4×10^7\ \mathrm{J}}{500\ \mathrm{W}}=6.8×10^4\ \mathrm{s}$。
建议：提升太阳能电池的光电转化效率（合理即可）。
【答案】
(1) 用电器；
(2) 牵引力做功为$3.4×10^7\ \mathrm{J}$，需要消耗汽油$5\ \mathrm{L}$；
(3) 充电时间为$6.8×10^4\ \mathrm{s}$，建议：提升太阳能电池的光电转化效率（合理即可）。
【知识点】
电路的组成、功的计算、热值与效率、太阳能的利用
【点评】
本题以太阳能汽车为背景，综合考查电路、力学、热学、太阳能转化相关知识，将物理知识与实际应用结合，需掌握各知识点的应用，逻辑推导清晰，能有效考查学生的综合分析能力。
【难度系数】
0.5
本题分三个问题逐步解决：
1. 第(1)题：明确电路中电源和用电器的区别，充电时电池消耗电能，将电能转化为化学能，因此属于用电器；
2. 第(2)题：汽车匀速行驶时牵引力与阻力平衡，先计算车重得到阻力，进而得牵引力，再根据$W=Fs$算牵引力做功；燃油汽车效率为20%，则汽油燃烧需放出的热量为牵引力做功除以效率，再由$Q=Vq$计算汽油体积；
3. 第(3)题：先根据太阳总辐射功率和球面面积算出地球表面单位面积接收的太阳辐射功率，结合电池板面积和到达地球的能量比例，得到电池板接收的太阳辐射功率，再乘以光电转化效率得到发电功率，最后由$t=\frac{W}{P}$计算充电时间；建议可从提升转化效率等方面提出。
【解析】
(1) 当太阳光照射在电池板给电池充电时，电池消耗电能，将电能转化为化学能，相当于电路中的用电器。
(2) 汽车的重力：$G=mg=1.5×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.5×10^4\ \mathrm{N}$，
汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，故牵引力：$F=f=\dfrac{1}{15}G=\dfrac{1}{15}×1.5×10^4\ \mathrm{N}=1×10^3\ \mathrm{N}$，
牵引力做的功：$W=Fs=1×10^3\ \mathrm{N}×34×10^3\ \mathrm{m}=3.4×10^7\ \mathrm{J}$；
燃油汽车牵引力做相同的功，汽油完全燃烧放出的热量：$Q=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{3.4×10^7\ \mathrm{J}}{20\%}=1.7×10^8\ \mathrm{J}$，
消耗汽油的体积：$V=\dfrac{Q}{q}=\dfrac{1.7×10^8\ \mathrm{J}}{3.4×10^7\ \mathrm{J/L}}=5\ \mathrm{L}$。
(3) 地球表面单位面积接收的太阳辐射功率：$P_{\mathrm{单}}=\dfrac{P_{\mathrm{总}}}{4π r^2}$，
则$2\ \mathrm{m}^2$电池板接收的太阳辐射功率：$P_0=\dfrac{2\ \mathrm{m}^2×70.65\%×P_{\mathrm{总}}}{4π r^2}=\dfrac{2×0.7065×4×10^{26}\ \mathrm{W}}{4×3.14×(1.5×10^{11}\ \mathrm{m})^2}=2000\ \mathrm{W}$，
太阳能电池转化为电能的功率：$P_{\mathrm{电}}=25\%P_0=0.25×2000\ \mathrm{W}=500\ \mathrm{W}$，
充电时间：$t=\dfrac{W}{P_{\mathrm{电}}}=\dfrac{3.4×10^7\ \mathrm{J}}{500\ \mathrm{W}}=6.8×10^4\ \mathrm{s}$。
建议：提升太阳能电池的光电转化效率（合理即可）。
【答案】
(1) 用电器；
(2) 牵引力做功为$3.4×10^7\ \mathrm{J}$，需要消耗汽油$5\ \mathrm{L}$；
(3) 充电时间为$6.8×10^4\ \mathrm{s}$，建议：提升太阳能电池的光电转化效率（合理即可）。
【知识点】
电路的组成、功的计算、热值与效率、太阳能的利用
【点评】
本题以太阳能汽车为背景，综合考查电路、力学、热学、太阳能转化相关知识，将物理知识与实际应用结合，需掌握各知识点的应用，逻辑推导清晰，能有效考查学生的综合分析能力。
【难度系数】
0.5
