Question

【題目】閱讀短文，回答問題．

電動平衡車

電動平衡車，又稱體感車是一種時尚代步工具，它利用車體內部的陀螺儀和加速度傳感器，來檢測車體姿態的變化，并利用伺服控制系統，精確地驅動左右兩個電動機進行相應的調整，以保持系統的平衡．電動平衡車采用站立式駕駛方式，通過身體重心和操控桿控制車體運行，采用鋰電池組作為動力來源驅動左右兩個電動機行駛．下表為某品牌電動平衡車部分技術參數．

⑴如圖甲所示，科技興趣小組為平衡車設計的轉向指示燈電路．電路中電源電壓恒為6V，指示燈L1、L2的規格均為“6V 6W”，R0為定值電阻，電磁鐵線圈及銜鐵的阻值忽略不計，不考慮指示燈電阻隨溫度的變化，當單刀雙擲開關S與“1”接通后，左轉指示燈L1會亮暗交替閃爍．在上述過程中，左轉指示燈L1兩端實際電壓UL隨時間，變化規律如圖乙所示．

①當單刀雙擲開關S與“2”接通時，電磁鐵中有電流通過，右轉指示燈L2發光_____（選填“較亮”或“較暗”）．接著，銜鐵被吸下，觸點A與B接通，電磁鐵和電阻R0被短路，右轉指示燈L2發光_____（選填“較亮”或“較暗”）．此時，由于電磁鐵中沒有電流通過，銜鐵被彈簧拉上去，觸點A與B分離，電磁鐵中又有電流通過，隨后電磁鐵又將銜鐵吸下，如此循環，右轉指示燈L2會亮暗交替閃爍.

②單刀雙擲開關S與“1”接通，觸點A與B分離時，電磁鐵上端是_____極，定值電阻R0的阻值為_____Ω．

③在單刀雙擲開關S與“l”接通情況下，左轉指示燈L1亮暗交替閃爍工作10min，則整個電路消耗的電能為_____J．

⑵若小明體重是88kg，他駕駛電動平衡車在水平路面上以18km/h的速度勻速行駛時，受到的阻力是人與車總重的0.l倍，當耗能為鋰電池總儲存能量的50%時，則每個電動機的平均輸出功率為_____W，平衡車行駛的路程是_____km．（鋰電池的總儲存能量=鋰電池的能量密度×鋰電池的總質量）

Answer 1

【答案】 較暗 較亮 N 24 1680 225 7.5

【解析】（1）①當單刀雙擲開關S與“2”接通時，L2與R0串聯，電路中電阻較大，電流較小，L2發光較暗，電磁鐵中有電流通過，接著，銜鐵被吸下，觸點A與B接通，電磁鐵和電阻R0被短路，電路中電阻較小，電流較大，L2發光較亮，此時，由于電磁鐵中沒有電流通過，銜鐵被彈簧拉上去，觸點A與B分離，電磁鐵中又有電流通過，隨后電磁鐵又將銜鐵吸下，如此循環，右轉指示燈L2會亮暗交替閃爍.②由圖知，電流從電磁鐵下端流入，由安培定則可知，電磁鐵上端是北極；由P＝求指示燈L1的阻值：RL＝ ＝＝6Ω，S與“1”接通,觸電A與B分離時,L1與R0串聯,由圖象知燈泡兩端電壓UL＝1.2V，則R0兩端的電壓：U0＝UUL＝6V1.2V＝4.8V；由串聯電路特點和歐姆定律有：IL＝IR,， ＝，即： ＝，解得：R0＝24Ω；③01s電路中電流I＝ 0.2A，電路消耗的電能：W1＝ULIt＝6V×0.2A×1s＝1.2J；當觸點A與B接通時，電磁鐵和電阻R0被短路，指示燈發光較亮，根據圖象可知,此時指示燈兩端電壓為6V，此時電路中的電流：I′＝ ＝ ＝1A；1s1.5s電路消耗的電能：W2＝UI′t＝6V×1A×0.5s＝3J；指示燈交替工作10min整個電路消耗的電能：W＝(W1+W2)×＝(1.2J+3J)×400＝1680J.（2）平衡車和人的總質量為m總88kg總重力為：G總90kg電動平衡車在水平路面上勻速行駛，所以電動機的牽引力：F＝f＝0.1G總＝0.1×900N＝90N，平衡車的速度v因為P ＝Fv，而且動力來源驅動左右兩個電動機，所以每個電動機平均輸出功率：P＝Fv＝×90N×5m/s＝225W；由題知，耗能為鋰電池總儲存能量的50%，由表格數據知，電動機的能量轉化效率為 75%，鋰電池能量密度 0.25kWh/kg，鋰電池的總質量2kg，所以電池提供電能用來做功的能量W＝50%×75%×0.25kWh/kg×2kg＝0.1875kWh＝6.75×105J，由W＝Fs可得平衡車行駛的路程：s＝＝7500m7.5km.