Question

6．如圖甲是某品牌的單輪平衡車，它是依靠電力驅動及人體平衡能力控制的代步工具．騎行時，蓄電池給平衡車上的電動機提供動力．下表該品牌當單輪平衡車的主要技術參數(shù)．

質量	15千克
最大車速	15千米/時
輪胎限壓	2×103帕
蓄電池儲存能量	0.36千瓦/時
輸出功率	180瓦

（1）為了確保安全，該單輪平衡車的電路部分安裝2個開關--電源開關S₁和壓力開關S₂，當手動閉合S₁時，指示燈亮起；此時騎行者再站立于平衡車踏板上后S₂自動閉合，電動機才能正常啟動，平衡車才開始運動．未閉合S₁或騎行者未站立于踏板上，電動機都無法啟動．請根據(jù)上述要求將圖乙電路圖連接完整．．
（2）該平衡車行駛過程中輪胎與地面的接觸面積為0.005米²，體重為500牛的某中學生騎著該平衡車在平直的公路上行駛，則地面受到的壓強是多大？（g取10牛/千克）
（3）若該平衡車以最大車速行駛，則充滿電的蓄電池能使該車行駛的最大距離為多少千米？

Answer 1

分析 （1）并聯(lián)的各電路元件互不影響，能獨立工作；根據(jù)題意確定兩開關與燈泡、電動機的連接方式，然后畫圖，
（2）中學生騎著該車在平直的公路上行駛時，對地面的壓力等于電動自行車和自身的重力之和，利用F=G=mg求出其大小，受力面積為兩個輪胎與地面的接觸面積，利用p=$\frac{F}{S}$求出地面受到的壓強；
（3）求出蓄電池充滿電后的總能量，獲得的機械能即牽引力做的功，根據(jù)W=Fs求出行駛的最大距離；

解答 解：（1）由題意可知，指示燈和電動機并聯(lián)，S₁控制干路，開關S₂控制電動機，如圖所示：

（2）中學生的重力為500N，騎著該電動自行車在平直的公路上行駛時，對地面的壓力：
F=G_總=G_人+m_車g=500N+15kg×10N/kg=650N，
受力面積：
S=0.005m²，
地面受到的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{650N}{0.005{m}^{2}}$=1.3×10⁵Pa；
（3）蓄電池充滿電后的總能量W=0.36×3.6×10⁶J=1.296×10⁶J，
最大車速v=15km/h=54m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{\;}$=Fv可得，
牽引力F=$\frac{P}{v}$=$\frac{180W}{54m/s}$=$\frac{10}{3}$N，
由W=Fs可得，
該車行駛的最大距離s=$\frac{W}{F}$=$\frac{1.296×1{0}^{6}J}{\frac{10}{3}N}$=3.888×10⁵m=388.8km．
答：（1）見上圖；（2）地面受到的壓強是1.3×10⁵Pa；
（3）充滿電的蓄電池能使該車行駛的最大距離為388.8km．

點評 本題圍繞我們熟悉的交通工具---單輪平衡車，考查了串并聯(lián)電路的設計，重力的計算，壓強的計算，速度公式及其應用等，涉及到的知識點較多，綜合性較強，是一道好題．