4.2功率之机车启动方式 作业设计-2026-2027学年高一下学期物理教科版必修第二册

新能源汽车的能量回收系统 一、试题情境 新能源汽车的能量回收系统是实现 “双碳” 目标的重要技术之一，其核心原理是利用电机的 “再生制动” 功能，将车辆的动能、重力势能等转化为电能储存于动力电池中。某款纯电动汽车的整车质量，动力电池额定容量为固定值。为研究该系统的工作特性，工程师在平直公路、斜坡路面等场景下进行了系列测试，已知重力加速度，忽略空气阻力。 二、试题部分 1. （基础题）在平直公路上，汽车关闭动力后做匀速直线运动，速度为。若此时汽车所受的滚动摩擦力，求汽车的牵引力大小。 2. （基础题）汽车在平直公路上以的速度行驶，驾驶员启动能量回收系统后，汽车做匀减速直线运动，经5s恰好停止。求该过程中汽车的加速度大小和滑行的距离。 3. （中档题）在试题2的减速过程中，能量回收系统将汽车损失动能的转化为电能，且电能储存的转化效率。求此过程中动力电池实际储存的电能（结果保留两位有效数字）。 4. （中档题）汽车制动时，制动力由刹车片的滑动摩擦力和能量回收系统的电磁制动力​共同提供。已知某次制动时，，求汽车制动时的加速度大小。 5. （中档题）汽车在水平路面上以恒定功率匀速行驶时，突然启动最大档位的能量回收系统，瞬间产生与运动方向相反的电磁制动力。求此时汽车的加速度大小。 6. （提升题）汽车从倾角的斜坡顶端由静止滑下，斜坡长，汽车在斜坡上受到的滚动摩擦力为重力的0.1倍。到达斜坡底端后，汽车在水平路面上滑行并启动能量回收系统，若水平路面的滚动摩擦力与斜坡上相同，求汽车到达斜坡底端时的速度大小 7. （提升题）承接试题 6，汽车在水平路面上滑行时，能量回收系统持续工作，将动能的转化为电能（储存效率仍为）。当汽车速度减为斜坡底端速度的一半时，求此过程中动力电池储存的电能和汽车滑行的距离。 8. （压轴题）工程师对动力电池的充电特性进行测试，发现其充电功率随储存电量的变化关系为（为常量，）。当电池电量为时，充电功率为。若汽车某次回收的电能全部用于给该电池充电（忽略能量损耗），且充电前电池电量为，充电后电量达到，求充电所需的时间。 三、参考答案 1. 汽车做匀速直线运动，受力平衡，牵引力与滚动摩擦力大小相等，即： 2. 由匀变速直线运动的速度公式，得加速度大小，滑行距离由平均速度公式得： 3. 汽车损失的动能：，实际储存的电能： 4. 总制动力，由牛顿第二定律： 5. 汽车匀速行驶时，牵引力（试题 1 结论）。启动能量回收系统后，合力：，加速度大小： 6. 对汽车下滑过程，由动能定理：约去m并代入数据：解得： 7. 汽车速度减为时，损失的动能，由试题 6 知，代入得，动力电池储存的电能：，汽车在水平路面的加速度，由运动学公式，得： 8. 由，代入，，得：充电功率随电量线性变化，平均充电功率：，充电的电能，由，得充电时间： 四、评分标准 表格 题号 分值 评分要点 1 3 分 指出受力平衡（1 分），计算出牵引力大小（2 分） 2 5 分 加速度计算正确（2 分），滑行距离计算正确（3 分，用其他公式计算正确同样得分） 3 5 分 损失动能计算正确（2 分），储存电能公式列写正确（2 分），结果有效数字正确（1 分） 4 4 分 总制动力计算正确（2 分），牛顿第二定律应用及加速度计算正确（2 分） 5 6 分 匀速行驶牵引力判断正确（2 分），合力计算正确（2 分），加速度计算正确（2 分） 6 6 分 动能定理方程列写正确（3 分），代入数据及结果计算正确（3 分） 7 8 分 损失动能推导正确（3 分），储存电能计算正确（2 分），加速度判断正确（1 分），滑行距离计算正确（2 分） 8 8 分 求出常量（2 分），平均功率计算正确（3 分），电能与功率关系应用及时间计算正确（3 分） 五、设计思路 1. 逻辑关联性：以 “新能源汽车能量回收系统” 为核心大情境，从基础的受力平衡、运动学规律，逐步延伸到动能转化、功率计算、动能定理应用，最终拓展到电池充电的函数规律，8 道小题围绕 “力 - 运动 - 能量 - 功率” 的物理逻辑链条层层递进，情境统一且知识点关联紧密。 2. 难度层次性：试题 1-2 为基础题，考查受力平衡、匀变速直线运动公式，面向全体学生；试题 3-5 为中档题，融合能量转化效率、牛顿第二定律与功率公式，考查核心知识应用；试题 6-8 为提升 / 压轴题，综合动能定理、多过程问题与函数平均量计算，侧重考查科学思维与综合应用能力，难度梯度清晰。 3. 素养全面性：全面覆盖物理核心素养，通过受力分析、公式推导考查科学思维；通过能量回收效率计算、电池充电测试考查科学探究；结合新能源汽车与 “双碳” 目标，渗透社会责任；同时强化对物理观念（运动与相互作用观、能量观）的考查。 4. 题型与融合性：题型以计算为主，涵盖基础直接计算、分步推导计算、综合分析计算，符合高中物理试题特点；融合工程技术（新能源汽车技术）、数学知识（函数平均量、有效数字），体现学科交叉融合的理念。 5. 素材出处：试题情境素材来源于新能源汽车行业公开的能量回收技术原理，物理模型为高中物理核心教学模型，无特殊引用素材。 学科网（北京）股份有限公司 $