Question

（12分）2013年12月14日中國造的“玉兔號”月球車成功降落于月球上。月球車質量140千克，以太陽能為能源，能夠耐受月球表面真空、強輻射、攝氏零下180度到零上150度極限溫度等極端環境。月球車具備20度爬坡、20厘米越障能力，并配備有全景相機、紅外成像光譜儀、測月雷達、粒子激發X射線譜儀等科學探測儀器。月球的吸引力是地球的六分之一，每個車輪與月球表面接觸面積為50cm²，表面土壤非常松軟，凹凸不平，有石塊、有隕石坑，還有陡峭的高坡。在這種環境中，月球車既不能打滑，更不能翻車。
目前已在月球上度過了3個月，超出了設計壽命。它現在處于月夜休眠期，人們期待其接下來繼續優秀的月面探險表現，同時也牽掛著它的安危。（g=10N/kg）

（1）假設你是一名航天員，駕駛飛船登上月球．如果你手邊有一只靈敏電流表、一根直導體和導線若干，想探測月球表面附近是否有磁場，下列方案中合理的是(    )
A.直接將電流表置于月球表面附近，若電流表的示數為零，可判斷月球表面無磁場
B. 用導線將電流表、直導體連接起來，使直導體在月球表面附近沿某一方向運動時，若電流表的示數為零，則可判斷月球表面附近無磁場
C．用導線將電流表、直導體連成閉合回路，使直導體在月球表面附近沿某一方向運動時，若電流表的示數為零，則可判斷月球表面無磁場
D. 用導線將電流表、直導體連成閉合回路，使直導體在月球表面附近沿各個方向運動時，若發現電流表的示數有時不為零，則可判斷月球表面附近有磁場
（2）月球車的動力裝置一般選用電動機而不是內燃機，請你說說為什么？
（3）某中學的幾個航天迷設計了一個月球車的模型，其中電路部分選用12 V的蓄電池作電源，額定電壓均為6 V的電動機和燈泡分別用作動力裝置和照明光源.設計的電路如圖所示，請你說出其電路設計中不科學的地方.（要求說出兩點）
（4）如圖所示，當月球平穩地行走在月球上時，求月球車對月球表面的壓強。
（5）報道，我國某科研單位研究制的太陽能月球車（研制過程的樣品），它上面的太陽能接收板的有效面積為S=4m²，太陽晴朗且接收板對著太陽時，每平方米面積上能接收到太陽的功率為P₀=1kW，太陽能電池產生的電壓為U=120V，可供電動機正常工作的電流為I=8A.那在電動機正常工作時，太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率是多大？
（6）如果上述月球車中的電動機正常工作時，將電能轉化為機械能的效率是75%，且該車沿水平路面勻速直線行駛時所獲得的牽引力是180N，則該車勻速行駛時的速度是多大？

Answer 1

（1）D；（2）月球上沒有內燃機工作所必須的空氣；（3）電動機和燈泡中只要一個損壞了，另一個將不能工作了；燈泡無論白天還是黑夜都處于工作狀態，既浪費了能源又縮短了燈泡的壽命；（4）7777.8Pa；
（5）24%；（6）4m/s.

解析試題分析：（1）本題判斷月球周圍是否有磁場的實驗方案利用了電磁感應的原理，讓閉合電路中的一部分導體在月球表面做切割磁感線運動，若靈敏電流計發生偏轉，說明閉合電路中有電流產生，從而說明月球周圍存在磁場，若靈敏電流計不偏轉，說明月球周周不存在磁場.因此為了驗證月球表面是否存在磁場，應采用D選項的做法；本題答案選D；
（2）內燃機要求燃料在汽缸內燃燒，將化學能轉化為內能，而月球上沒有空氣，因此內燃機無法工作；
（3）觀察電路圖可知，電動機和燈泡串聯在電路中，這樣的連接缺點有：電動機和燈泡中只要一個損壞了，另一個將不能工作了；燈泡無論白天還是黑夜都處于工作狀態，既浪費了能源又縮短了燈泡的壽命；
（4）月球車對地面的壓力為：，因此，
月球車對月面的壓強為：；
（5）太陽能電池板的效率為：；
（6）由題意可知，，
月球車運行的速度為：
考點：電磁感應；壓強；電功率；功率；機械效率等.