● 近2年模拟考试中关于新型能源问题。
例1. （2013门头沟二模23）有人为汽车设计的一个“再生能源装置”原理简图如图1所示，当汽车减速时，线圈受到磁场的阻尼作用帮助汽车减速，同时产生电能储存备用。图1中，线圈的匝数为n，ab长度为l1，bc长度为l2 。
图2是此装置的侧视图，切割处磁场的磁感应强度大小恒为b，有理想边界的两个扇形磁场区夹角都是900 。某次测试时，外力使线圈以角速度ω逆时针匀速转动，电刷端和端接电流传感器，电流传感器记录的图象如图3所示(i为已知量)，取边刚开始进入左侧的扇形磁场时刻。不计线圈转动轴处的摩擦。
1）求线圈在图2所示位置时，产生电动势e的大小，并指明电刷和哪个接电源正极；
2）求闭合电路的总电阻和外力做功的平均功率；
3）为了能够获得更多的电能，依据所学的物理知识，请你提出改进该装置的三条建议。
例2. (2013西城二模23)某品牌汽车在某次测试过程中数据如下表所示，请根据表中数据回答问题。
已知汽车在水平公路上沿直线行驶时所受阻力f跟行驶速率v和汽车所受重力mg的乘积成正比，即f=km**，其中k=2.0×10-3s/m。取重力加速度g=10m/s2。
1）若汽车加速过程和制动过程都做匀变速直线运动，求这次测试中加速过程的加速度大小a1和制动过程的加速度大小a2；
2）求汽车在水平公路上行驶的最大速度vm；
3）把该汽车改装成同等功率的纯电动汽车，其他参数不变。若电源功率转化为汽车前进的机械功率的效率η=90％。假设1kw·h电能的售价为0.
50元（人民币），求电动汽车在平直公路上以最大速度行驶的距离s=100km时所消耗电能的费用。结合此题目，谈谈你对电动汽车的看法。
例3. （2012东城普通校零模24）某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数k＝1300n／m，自然长度l0＝0.5m弹簧一端固定在墙上的m点，另一端n与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是不导电的材料制成的。
迎风板面积s＝0.5m2，工作时总是正对着风吹来的方向。电路的一端与迎风板相连，另一端在m点与金属杆相连。
迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。定值电阻r＝1.0ω，电源的电动势e＝12v，内阻r＝0.
5ω。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数u1＝3.0v，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为u2＝2.
0v。（电压表可看作理想表）求：
1）金属杆单位长度的电阻；
2）此时作用在迎风板上的风力；
3）假设风（运动的空气）与迎风板作用后的速度变为零，空气的密度为1.3kg/m3，求风速多大。
例4. （2012东城二模23）环保混合动力车是指使用汽油机驱动和利用蓄电池所储存的电能驱动的汽车。它可按平均需要使用的功率来确定汽油机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。
汽车需要大功率而汽油机功率不足时由电动机来补充，电动机的电源为蓄电池；汽车负荷少时，电动机可作为发电机使用，汽油机的一部分功率用来驱动汽车，另一部分功率驱动发电机，可发电给蓄电池充电。
有一质量m=1200kg的混合动力轿车，在平直公路上以v1=90km/h匀速行驶，汽油发动机的输出功率为p=60kw。当驾驶员看到前方有80km/h的限速标志时，保持汽油发动机功率不变，立即启动发电机工作给蓄电池充电，此时轿车的动力减小，做减速运动，运动距离s=80m后，速度变为v2=72km/h。此过程中汽油发动机功率的25%用于轿车的牵引，75%用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为蓄电池的电能。
假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变。试求：
1）轿车以90km/h在平直公路上匀速行驶时，所受阻力ff的大小；
2）轿车从90km/h减速到72km/h的这一过程中，蓄电池获得的电能e电；
3）若电动机的输出功率也为60 kw，此时汽油发动机和电动机共同工作的最大功率可以达到pm=108kw，汽车驶上与水平地面成30°角斜坡，汽车爬坡过程中所受阻力为重力的0.1倍，设斜坡足够长，求汽车在斜坡上做匀速运动的最大速度vm。（g取10m/s2）
例5. （2012海淀二模23）大风可能给人们的生产和生活带来一些危害，同时风能也是可以开发利用的清洁能源。
1）据北京市气象台监测显示，2024年3月23日北京刮起了今年以来最大的风，其短时风力达到近十级。在海淀区某公路旁停放的一辆小轿车被大风吹倒的数字信息亭砸中，如图甲所示。已知该信息亭形状为长方体，其高度为h，底面是边长为l的正方形，信息亭所受的重力为g，重心位于其几何中心。
求大风吹倒信息亭的过程中，至少需要对信息亭做多少功；
若已知空气密度为ρ，大风的风速大小恒为v，方向垂直于正常直立的信息亭的竖直表面，大风中运动的空气与信息亭表面作用后速度变为零。求信息亭正常直立时，大风给它的对时间的平均作用力为多大。
2）风力发电是利用风能的一种方式，风力发电机可以将风能（气流的动能）转化为电能，其主要部件如图乙所示。已知某风力发电机风轮机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为s，运动的空气与受风面作用后速度变为零，风力发电机将风能转化为电能的效率和空气密度均保持不变。当风速为v且风向与风力发电机受风面垂直时，风力发电机输出的电功率为p。
求在同样的风向条件下，风速为时这台风力发电机输出的电功率。
利用风能发电时由于风速、风向不稳定，会造成风力发电输出的电压和功率不稳定。请你提出一条合理性建议，解决这一问题。
例6. （2012西城二模23）十三陵抽水蓄能电站担负着北京地区调峰和紧急事故备用电源，改善首都供电质量的重要任务。抽水蓄能电站的工作原理是，在用电低谷时，电站利用电网多余电能把水抽到高出蓄水池中，到用电高峰时，再利用蓄水池中的水发电。
电站利用十三陵水库为下游水库，在蟒山后上寺沟头修建上游水库。电站的年发电量约为10亿kw·h，年抽水用电量约为14亿kw·h。如图所示，上游水库近似视为长方体，可用于发电的库容量为v，蓄水后上游水库的平均水深为d，蓄水后水位高出下游水面高度为h。
已知下游水库的库容量远大于上游水库的库容量。
1）求十三陵抽水蓄能电站的总效率η；
2）求能用于发电的水的最大重力势能ep；
3）若把抽水蓄能电站产生的电能输送到北京城区。已知输电功率为p，输电线路的总阻值为r。要使输电线路上损耗的功率小于δp，a．求输电电压的最小值u；
b．在输电功率p一定的情况下，请提出两种能够降低输电过程中功率损耗的方法，并加以评述。
例7. （2012怀柔一模23）有一质量m=1000kg的轿车，在平直公路上以ν1=90km/h的速度匀速行驶，此时发动机的输出功率p=50kw，全部用于轿车的牵引。某时刻起，保持发动机的输出功率不变，启动利用电磁阻尼带动的电动机为车载蓄电池充电，轿车做减速运动。
运动l=72m后，轿车速度变为ν2=72km/h，此过程中发动机输出功率的20%用于轿车的牵引，80%用于供给发电机工作，发电机获得能量的50%转化为蓄电池的电能。假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变。
1）求轿车运动中受到的阻力f阻的大小；
2）求在上述过程中蓄电池获得的电能e电的大小；
3）若该车可以利用所储存的电能作为动力**，则轿车仅用上述过程中获得的电能e电维持匀速运动，能行驶的距离l’的大小是多少？
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