某科研兴趣小组对超声波充电汽车进行了研究．研究发现：通过安置在*座上的电流转换器，将电能转换为超声波，电动小车...

问题详情：

某科研兴趣小组对超声波充电汽车进行了研究．研究发现：通过安置在*座上的电流转换器，将电能转换为超声波，电动小车上的接收器收到超声波讯号，可以将其能量转换为电能为电池充电（如图1所示）．接收器接收到的超声波功率与它和转换器间距离L的平方成反比，它将超声波能量转化为电能并储存在电池中的效率为50%，当小车与转换器间距离L0=1m时，接收器接收到的超声波功率P0=8w．当小车在平直路面上以0.2m/s的速度匀速行驶时，所消耗的电池电能的80%用于维持小车匀速行驶，小车受到的阻力为16N．

该科研兴趣小组还对小车的转向指示灯电路进行了研究，并设计了如图2*所示的小车转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，该指示灯会亮、暗（微弱发光）交替闪烁发光．电路中电源电压恒为6伏，指示灯的规格为“6V 3W”，R0为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁的阻值忽略不计．

请据此解答下列问题：

（1）小车在平直路面上以0.2m/s的速度匀速行驶5min过程中消耗的电池电能多大？

（2）若充电时小车与转换器间距L=2m，2h内所充电能使小车以0.2m/s的速度匀速行驶多远？

（3）当转向开关与触点“2和3”接通时，右转指示灯两端实际电压变化规律如图2乙所示．已知当右转指示灯微弱发光时，其两端实际电压为Ux，消耗的实际功率为额定功率的．求：

①右转指示灯闪烁交替工作30秒消耗的电能．

②定值电阻R0的阻值．（指示灯的电阻不变）

【回答】

【考点】电功的计算；欧姆定律的应用．

【分析】（1）根据v=求出的行驶的路程，利用W=fs求出克服阻力做的功，根据效率求出需要消耗的电能；

（2）根据接收器接收到的超声波功率与它和转换器间距离L的平方成反比列出等式，据此求出收到的超声波功率P，根据转化为电能的效率和电能的利用效率求出克服阻力所能做的功，最后利用W=fs即可求出距离；

（3）①计算出指示灯两种功率下的工作时间，而后据公式W=Pt计算电能即可；

②据灯泡的规格可以计算出灯泡的电阻，据灯泡的电阻和灯泡的实际功率可以计算出灯泡的实际电流，而后再据串联电路电压和电流的规律即可得出*．

【解答】解：

（1）由v=得，小车在平直路面上匀速行驶5min的过程中行驶的路程：

s=vt=0.2m/s×300s=60m，

克服阻力做的功：W=fs=16N×60S=960J，

消耗的电能：E===1200J；

（2）设充电小车与转换器间距L=2m时接收到超声波的功率为P，由题意得：

=，即=P0=2W；

由能量守恒定律可得，W′=Ptη1η2=2W×7200S×50%×80%=5760J，

由W=fs得：s===360m；

（3）①灯泡发出微弱光时的功率：P2=P1═×3W=0.12W，

由图乙可知，每1.5S的时间，3W的指示灯工作时间是0.5S，0.12W的工作时间是1S，

所以：指示灯工作30S时，3W的指示灯工作时间：t1=╳0.5S=10S，0.12W的指示灯工作时间：t2=30S﹣10S=20S，

右转指示灯闪烁交替工作30秒消耗的电能：

W=W1+W2=P1t1+P2t2=3W╳10s+0.12W╳20S=32.4J；

②根据P=可得：灯泡的电阻：R===12Ω；

当灯泡发出微弱光时的功率：P2=0.12W时，

据P=I2R可知，I===0.1A；

故由欧姆定律可知此时灯泡的电压是：UL=IR=0.1A×12Ω=1.2V，

根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和可知：

定值电阻的电压U′=U﹣UL=6V﹣1.2V=4.8V；

故由欧姆定律可知定值电阻的阻值是：

R0===48Ω．

答：（1）小车在平直路面上以0.2m/s的速度匀速行驶5min过程中消耗的电池电能为1200J；

（2）若充电时小车与转换器间距L=2m，2h内所充电能使小车以0.2m/s的速度匀速行驶360m；

（3）①右转指示灯闪烁交替工作30秒消耗的电能为32.4J．

②定值电阻R0的阻值为48Ω．

知识点：电功率单元测试

题型：计算题