Question

3．2016年霧霾天氣調查報告顯示，我國霧霾天氣現象增多，危害加重．造成霧霾天氣的最主要“元兇”是PM2.5．
（1）某科研隊伍成功研制出PM2.5凈化器，其原理如圖1所示．閉合開關S₁、S₂后，風扇旋轉吸入含有顆粒物空氣，當顆粒物接近帶有負電荷的光潔金屬網C時會被快速吸引過來．當顆粒物通過光潔金屬網C后，會帶上負電荷，然后被帶有正電荷的棉芯D吸附住，這是因為異種電荷互相吸引．
（2）大力發展電動汽車，減少燃油汽車的尾氣排放量是防止霧霾天氣的有效措施．電動汽車沒有傳統無軌電車的“辮子”、沒有尾氣排放，乘客上下車的間隙時間可充滿電，充滿電后可使電車正常行駛20分鐘．剎車和下坡時，還可把大部分的剎車能量轉成電能回收儲存再使用． 超級電容儲能式現代電車將在我國一些大城市投入使用．若某輛電車的技術參數如下表：

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

①若電車電瓶已消耗完電，在乘客上下車的間隙對電瓶充電，要使該車以12m/s的速度是在水平路面上勻速行駛15分鐘，電動機線圈中的電流為40A，則至少要向電瓶充多少千瓦時的電？
②若不計電動機發熱以外的其他能量損耗，此時汽車的牽引力是多大？

Answer 1

分析 （1）電荷間的作用規律是：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；
（2）①根據P=UI求出電動機輸出功率，再根據W=Pt求出汽車消耗的電能即可；
②先求出電車消耗的機械功率，再根據P=Fv求解牽引力．

解答 解：（1）當顆粒物快速通過光潔金屬網C后，會帶上負電荷，然后被帶有正電荷的棉芯D吸附住，這是因為異種電荷相互吸引．
（2）①電動機輸出功率為：
P=UI=500V×40A=20000W=20kW，
汽車行駛時間t=15min=0.25h，
汽車消耗的電能為：
W_電=Pt=20kW×0.25h=5kW•h，
所以至少要向電瓶充5kW•h的電；
②電動機發熱損耗的功率：
P_熱=I²R=（40A）²×2Ω=3200W，
則電動機的機械功率：
P=P_電-P_熱=20000W-3200W=16800W，
電車的速度v=12m/s，
由P=Fv得，電車的牽引力為：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{16800W}{12m/s}$=1400N．
答：（1）異種電荷互相吸引；
（2）①至少要向電瓶充5千瓦時的電；
②此時汽車的牽引力是1400N．

點評 本題是一道信息題，要求同學們能讀懂題目，能從題目中提取有效信息，注意物理原理在實際生活中的應用，難度適中．