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2024中考物理压轴题
专题07 电能与机械能的转化模型
材料种类 密度 强度
碳纤维 强
铝合金 较弱
铁合金 较强
锰钢 强
1.如图所示是某种型号的太阳能电动车。
电动车在水平路面上以的速度作匀速直线运动，若电动车的输出功率恒为，此时车受到地面的摩擦力多大？不计空气阻力
若电动车质量为，车轮与地面的总接触面积是，则车对地面的压强多大？
部分材料的技术指标如表所示，假如让你设计制造电动车车架，你会选择表中的哪种材料？并说明理由。
2.如图所示，纯电动客车的一些性能参数记录表中。
最大允许总质量
额定载客人数人
电动机额定功率
电动机额定电压
轮胎与地面总接触面积
通常搭载乘客满员时，车与人的总质量为，额定功率下车以的速度，沿水平路面匀速行驶，所受阻力为车与人总重力的倍，取。
客车对地面的压强是多少？
电动机的额定电流是多少？
客车牵引力所做的功是多少？
客车电能转化为机械能的效率是多大？
3.两轮自平衡电动车作为一种新兴的交通工具，倍受年轻人的喜爱如图所示下表是某型号两轮自平衡电动车的主要技术参数．
整车质量
锂电池电压
锂电池容量
电动车额定电压
电动机额定功率
图中小景的质量为，轮胎与地面的总接触面积为，求地面受到的压强取
若电动机以额定功率工作，求锂电池充足一次电最多可骑行的时间若这些电能全部由燃烧柴油来获得，需要消耗多少千克柴油？
锂电池充足电后，电动车在平直的公路上匀速行驶，受到的平均阻力为，最多能连续行驶，求电动车工作的效率．
4.某款国产插电混动汽车，汽油发动机既可向车轮提供动力，又可向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过驱动电机向车轮输送。整车质量含驾驶员为，搭载电池电量为，纯电行驶时效率约为，利用汽油发动机行驶时热机平均效率约为，在平直的公路上以的速度匀速行驶，受到的阻力为总重的倍。汽油热值约为，，求此时：
汽车需要的牵引力；
以纯电行驶时，假如电池从满电到耗尽电量，可以行驶的最大路程；
车辆行驶中相同路程，如果以汽油发动机行驶时，需要燃烧的汽油质量。
5.如图所示，某品牌两轮电动摩托车采用石墨烯电池技术，其电池的能量密度约为每千克电池储存的能量为。充满一次电，该电动摩托车可连续行驶，电动车的部分参数如表所示。
整车质量 含电池组
最大载重
行驶速度
电池组参数
请解答下列问题：
电动摩托车的车座相较普通自行车的车座要宽大些，骑行时坐着更舒服，这是通过 的方式来减小压强的；电动摩托车都装有限速保护装置，这是因为质量相同时，速度越大， 能越大，一旦失控后果严重。
试驾该款电动车，内里程表显示行驶了，求本次试驾电动车的平均速度。
计算一下该款电动摩托车电池组的总质量。
一位骑着这款电动摩托车的外卖小哥，在充满电后连续行驶了，若电动摩托车的效率为，且沿平直道路匀速行驶，计算一下此过程中电动摩托车受到的阻力。
6.邵阳市望云山开发风力发电基地，预计到年全部投入生产，如果该风力发电基地全部建成的话，风电装机总容量可达万千瓦。风力发电--即是风轮机叶片不断受到风力的推动而转动，利用风的动能转化成电能。若风力发电机，每片风叶的质量为，长为。下表给出了空气在不同风速下速度与动能的关系空气密度取，圆周率。
动能
风速
如果一台这样的风力发电机平均每秒可以输出的电能，则台这样的风力发电机，一年获得的电能相当于完全燃烧多少千克煤所产生的能量？一年工作时间按计算，煤的热值为
当风速为时，若风力发电机风轮正面迎风，这台发电机每秒钟能对外提供的电能，则它将风能转化为电能的效率是多少？
7.李老师家购买了某款油电混合动力汽车，该车在蓄电池电量充足时由电动机提供动力电动模式，当电量不足时，可切换至燃油发动机驱动燃油模式，同时给蓄电池充电，已知电池满电容量为。某次出行在满电状态下先以电动模式沿水平公路匀速行驶，还剩余的电量，随后切换到燃油模式下又行驶了，消耗燃油，李老师发现电池电量显示为。已知该混合动力汽车电动机的效率为，燃油的热值。假设汽车行驶过程中阻力保持不变，且不考虑充电时的能量损失，求：
李老师家充电桩功率为，动力电池从无电到充满需要多长时间？
燃油完全燃烧时放出的热量；
汽车在电动方式行驶时受到的阻力；
燃油模式下发动机的效率。
答案和解析
1.【答案】解：电动车匀速行驶的速度：
，
由可得，电动车受到的牵引力：
，
因电动车匀速行驶时，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，
所以，此时车受到地面的摩擦力；
车对地面的压力：
，
车对地面的压强：
；
由表中数据可知，制造强度高并且轻便的电动车车架时，应选碳纤维材料；原因是强度高并且密度小，车身轻，耗能少。
答：车受到地面的摩擦力为；
车对地面的压强为；
用碳纤维设计制造电动车车架，理由是强度高并且密度小，车身轻，耗能少。
【解析】知道电动车在水平路面行驶的速度和输出功率，根据求出牵引力的大小，电动车匀速行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力，二力的大小相等；
电动车对水平地面的压力和自身的重力相等，根据求出其大小，再根据求出对地面的压强；
分析各材料的密度和强度选择设计轻便电动车车架的材料。
本题考查了功率公式的应用、二力平衡条件的应用、压强的计算和材料的选择等，关键是公式及其变形的灵活运用，要知道在水平面上物体对水平面的压力等于物体自身的重力，解题过程中要注意单位的换算。还要知道从表中提取有用的信息。
2.【答案】解：客车对路面的压力等于车的重力：
，
由表可知，客车与地面的总接触面积，
则客车对地面的压强：；
依据公式得电动机的额定电流：
；
客车所受阻力：，
因为客车匀速直线运动，所以客车受到的牵引力：，
则客车牵引力所做的功为：
；
客车消耗的电能：；
电能转化为机械能的效率是：。
答：客车对地面的压强是；
电动机的额定电流是；
该过程客车牵引力所做功为 ；
客车电能转化为机械能的效率约为。
【解析】已知车与人的总质量，先根据求出其重力，然后根据客车对路面的压力等于重力以及客车与地面的接触面积，利用求出客车对地面的压强；
额定电流指用电器在额定电压下工作时的电流，依据公式求得电动机的额定电流；
在水平路面上匀速行驶的物体，所受的阻力与牵引力是一对平衡力，根据公式求得客车牵引力所做的功；
牵引力所做的功即为有用功，客车消耗的电能可用求得，再利用求得客车电能转化为机械能的效率。
本题考查压强、效率和功的计算，同时考查电功率与电压、电流的关系等，涉及到的知识点多，综合性强，属于中考压轴题目，解题的关键是相关公式的熟练运用。
3.【答案】解：平衡电动车对地面的压力：
，
地面受到的压强：；
锂电池充足一次电储存的电能：
，
由可得，最多可骑行的时间：
；
燃烧柴油放出的热量：，
由得，消耗柴油的质量：，
电动车在平直的公路上匀速行驶处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
则牵引力，
牵引力做的功：，
电动车工作的效率：
。
答：地面受到的压强为；
锂电池充足一次电最多可骑行；若这些电能全部由燃烧柴油来获得，需要消耗柴油；
电动车工作的效率为。
【解析】本题考查了重力公式和压强公式、速度公式、电功公式、燃料燃烧放热的公式、做功公式、效率公式以及二力平衡条件的应用等，从表格中获取有用的信息是关键。
平衡电动车对地面的压力等于骑行者和电动车的重力之和，根据求出其大小，又知道轮胎与地面的总接触面积，根据求出地面受到的压强；
由表格数据可知锂电池的电压和容量，根据求出锂电池充足一次电储存的电能，根据求出电动机以额定功率工作时最多可骑行的时间；根据燃料燃烧放热的公式计算消耗的柴油；
电动车在平直的公路上匀速行驶处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，二力大小相等，根据求出牵引力做的功，根据求出电动车工作的效率。
4.【答案】解：汽车匀速行驶时，牵引力等于阻力，则牵引力为：；
电池从满电到耗尽电量消耗的能量为：，
做的有用功为：，
行驶的路程为：；
汽车行驶，如果以汽油发动机行驶需要消耗的能量：，
需要燃烧的汽油质量：。
答：汽车需要的牵引力是；
汽车以纯电行驶从满电到耗尽电量可以行驶的最大路程是；
汽车以汽油发动机行驶中相同路程时，需要燃烧的汽油质量是。
【解析】汽车匀速行驶时，受力平衡，牵引力等于阻力，据此计算牵引力；
根据纯电的效率求出有用功，根据求出行驶的路程；
根据效率公式求出汽车消耗的能量，根据得到燃烧汽油的质量。
本题考查了平衡力、功和能的知识。要求学生能够根据所学的知识解决实际当中的问题。
5.【答案】增大受力面积 动
【解析】解：电动摩托车的车座相较普通自行车的车座要宽大些，骑行时坐着更舒服，这是通过增大受力面积的方式来减小压强的；
就是因为质量一定的电动车，速度越大，动能越大，越不容易刹车，越不安全；
电动车行驶的时间，
本次试驾电动车的平均速度为：
；
该款电动摩托车电池组储存的电能为：
，
由于电池的能量密度约为，
所以该款电动摩托车电池组的总质量为：
；
该款电动摩托车电池组储存的电能为：，
若电动摩托车的效率为，则电动车做的有用功为：
，
根据得电动摩托车的牵引力为：
，
由于电动车匀速直线运动，
所以电动车受到的阻力为：。
故答案为：增大受力面积；动；
本次试驾电动车的平均速度；
该款电动摩托车电池组的总质量为；
此过程中电动摩托车受到的阻力为。
影响压强的因素是压力和受力面积，压力越大，受力面积越小，压强越大；
影响动能大小的因素，质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大；
根据速度公式算出本次试驾电动车的平均速度；
根据算出电池组的电能，由电池的能量密度算出该款电动摩托车电池组的总质量；
已知电能转化为机械能的效率和电能的大小，可求机械能的大小；电动摩托车匀速直线行驶，牵引力等于所受到的阻力，根据公式可求电动摩托车受到的阻力。
本题以电动车为背景，考查了压强的影响因素、动能的影响因素、速度公式、电能公式、效率公式以及功公式的应用，电动自行车是我们生活中比较常见的交通工具，电动自行车用到了很多物理知识，也是中考的一个热点，需要引起我们的注意。
6.【答案】解：台这样的风力发电机一年获得的电能为：
；
一年获得的电能相当于完全燃烧煤的质量为：
；
每秒钟通过风轮的空气质量为：
；
空气的动能为：
；
它将风能转化为电能的效率为：
；
答：一年获得的电能相当于完全燃烧千克煤所产生的能量；
它将风能转化为电能的效率是。
【解析】风力发电机获得的电能可以根据每秒输送的电能和时间来计算；煤完全燃烧产生的能量与一年获得的电能相当，则可根据求解出煤的质量；
风能即空气的动能，可以根据空气的质量和风速对应的单位质量的动能来求得，已知电能，则可根据求求得转化效率。
本题考查的是电能、内能和机械能的转化问题，难度较大，需要同学们熟知概念和公式推导。
7.【答案】解：根据题意可知，动力电池容量为，即电池储存的电能，充电桩功率为，
由可知，不计能量损失，动力电池从无电到充满需要的时间：；
燃油完全燃烧时放出的热量：；
根据题意可知，汽车在电动方式行驶时消耗的电能：，
由可知，汽车在电动方式行驶时牵引力所做的功：，
由可知，汽车在电动方式行驶时汽车的牵引力：，
汽车匀速行驶时，汽车的牵引力与受到的阻力是一对平衡力，
根据二力平衡条件可知，汽车在电动方式行驶时受到的阻力：；
汽车在燃油模式下汽车牵引力所做的功：，
燃油模式下转化的电能：，
燃油模式下汽车所做的有用功：，
燃油模式下发动机的效率：。
答：李老师家充电桩功率为，动力电池从无电到充满需要的时间为；
燃油完全燃烧时放出的热量为；
汽车在电动方式行驶时受到的阻力为；
燃油模式下发动机的效率为。
【解析】根据题意可知，动力电池容量为，即电池储存的电能，充电桩功率为，则不计能量损失，根据得出动力电池从无电到充满需要的时间；
知道燃油的质量和热值，利用求出燃油完全燃烧时放出的热量；
根据题意可知汽车在电动方式行驶时消耗的电能，根据效率公式求出汽车在电动方式行驶时牵引力所做的功，利用求出汽车在电动方式行驶时汽车的牵引力，根据二力平衡条件可知汽车在电动方式行驶时受到的阻力；
利用求出汽车在燃油模式下汽车牵引力所做的功，根据题意求出燃油模式下转化的电能，燃油模式下汽车所做的有用功等于牵引力所做的功与转化的电能之和；利用效率公式求出燃油模式下发动机的效率。
本题是一道力热综合题，主要考查电功公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式、功的计算公式以及效率公式的应用，有一定的难度。
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