Question

16．2016年霧霾天氣調(diào)查報(bào)告顯示，我國霧霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害加重．造成霧霾天氣的最主要“元兇”是PM2.5．

（1）某科研隊(duì)伍成功研制出PM2.5凈化器，其原理如圖1所示．閉合開關(guān)S₁、S₂后，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)吸入含有顆粒物空氣，當(dāng)顆粒物接近帶有負(fù)電荷的光潔金屬網(wǎng)C時(shí)會被快速吸引過來．當(dāng)顆粒物快速通過光潔金屬網(wǎng)C后，會帶上負(fù)電荷，然后被帶有正電荷的棉芯D吸附住，這是因?yàn)楫惙N電荷相互吸引．
（2）大力發(fā)展電動車，減少燃油汽車的尾氣排放量是防止霧霾天氣的有效措施．沒有傳統(tǒng)無軌電車的“辮子”、沒有尾氣排放，乘客上下車的30秒內(nèi)可充滿電并至少能行駛5公里．剎車和下坡時(shí)，還可把80%的剎車能量轉(zhuǎn)成電能回收儲存再使用…全球首創(chuàng)超級電容儲能式現(xiàn)代電車將在我國一些大城市投入使用，它在公交史上將會有劃時(shí)代的意義．
若某輛電車的技術(shù)參數(shù)如下表：

整備質(zhì)量（噸）	12
座位數(shù)（人）	50～60
電動機(jī)工作電壓（V）	500
電動機(jī)的線圈電阻（Ω）	2
行李艙（m3）	0.6
輪胎數(shù)（只）	12
最高車速（km/h）	80

①該無軌電車與天然氣公交車相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？請說出兩點(diǎn)．清潔環(huán)保；污染少．
②若該車以40km/h的速度在水平路面上行駛5km時(shí)，電動機(jī)線圈中的電流為40A，則乘客一次上下車的30秒內(nèi)，至少能向電瓶充多少千瓦時(shí)的電？若不計(jì)電動機(jī)發(fā)熱以外的其他能量損耗，此時(shí)汽車的牽引力是多大？

Answer 1

分析 （1）電荷間的作用規(guī)律是：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；
（2）①根據(jù)題目中提供的信息即可得出答案；
②先求出電車行駛5km需要的時(shí)間，根據(jù)P=UI求出電動機(jī)輸出功率，再根據(jù)W=Pt求出汽車消耗的電能即可；
先求出電車消耗的機(jī)械功率，再根據(jù)P=Fv求解牽引力．

解答 解：（1）當(dāng)顆粒物快速通過光潔金屬網(wǎng)C后，會帶上負(fù)電荷，然后被帶有正電荷的棉芯D吸附住，這是因?yàn)楫惙N電荷相互吸引．
（2）①大力發(fā)展電動車，減少燃油汽車的尾氣排放量是防止霧霾天氣的有效措施，改善空氣質(zhì)量．
故無軌電車與天然氣公交車相比：清潔環(huán)保；污染少．
②由v=$\frac{s}{t}$得，電車行駛5km需要的時(shí)間：t=$\frac{s}{v}$=$\frac{5km}{40km/h}$=0.125h，
電動機(jī)輸出功率為：
P=UI=500V×40A=20000W=20kW，
汽車消耗的電能為：
W_電=Pt=20kW×0.125h=2.5kW•h，
所以至少能充2.5kW•h的電，
電動機(jī)發(fā)熱損耗的功率：
P_熱=I²R=（40A）²×2Ω=3200W，
則電動機(jī)的機(jī)械功率：
P=P_電-P_熱=20000W-3200W=16800W，
電車的速度v=40km/h=$\frac{100}{9}$m/s，
由P=Fv得，電車的牽引力為：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{16800W}{\frac{100}{9}m/s}$=1512N．
答：（1）異種電荷相互吸引；
（2）①清潔環(huán)保；污染少；
②至少要向電瓶充2.5kWh的電；若不計(jì)電動機(jī)發(fā)熱以外的其他能量損耗，此時(shí)汽車的牽引力是1512N．

點(diǎn)評 本題是一道信息題，要求同學(xué)們能讀懂題目，能從題目中提取有效信息，注意物理原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用，難度適中．