Question

（12分）2013年12月14日中国造的“玉兔号”月球车成功降落于月球上。月球车质量140千克，以太阳能为能源，能够耐受月球表面真空、强辐射、摄氏零下180度到零上150度极限温度等极端环境。月球车具备20度爬坡、20厘米越障能力，并配备有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、粒子激发X射线谱仪等科学探测仪器。月球的吸引力是地球的六分之一，每个车轮与月球表面接触面积为50cm²，表面土壤非常松软，凹凸不平，有石块、有陨石坑，还有陡峭的高坡。在这种环境中，月球车既不能打滑，更不能翻车。
目前已在月球上度过了3个月，超出了设计寿命。它现在处于月夜休眠期，人们期待其接下来继续优秀的月面探险表现，同时也牵挂着它的安危。（g=10N/kg）

（1）假设你是一名航天员，驾驶飞船登上月球．如果你手边有一只灵敏电流表、一根直导体和导线若干，想探测月球表面附近是否有磁场，下列方案中合理的是(    )
A.直接将电流表置于月球表面附近，若电流表的示数为零，可判断月球表面无磁场
B. 用导线将电流表、直导体连接起来，使直导体在月球表面附近沿某一方向运动时，若电流表的示数为零，则可判断月球表面附近无磁场
C．用导线将电流表、直导体连成闭合回路，使直导体在月球表面附近沿某一方向运动时，若电流表的示数为零，则可判断月球表面无磁场
D. 用导线将电流表、直导体连成闭合回路，使直导体在月球表面附近沿各个方向运动时，若发现电流表的示数有时不为零，则可判断月球表面附近有磁场
（2）月球车的动力装置一般选用电动机而不是内燃机，请你说说为什么？
（3）某中学的几个航天迷设计了一个月球车的模型，其中电路部分选用12 V的蓄电池作电源，额定电压均为6 V的电动机和灯泡分别用作动力装置和照明光源.设计的电路如图所示，请你说出其电路设计中不科学的地方.（要求说出两点）
（4）如图所示，当月球平稳地行走在月球上时，求月球车对月球表面的压强。
（5）报道，我国某科研单位研究制的太阳能月球车（研制过程的样品），它上面的太阳能接收板的有效面积为S=4m²，太阳晴朗且接收板对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳的功率为P₀=1kW，太阳能电池产生的电压为U=120V，可供电动机正常工作的电流为I=8A.那在电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多大？
（6）如果上述月球车中的电动机正常工作时，将电能转化为机械能的效率是75%，且该车沿水平路面匀速直线行驶时所获得的牵引力是180N，则该车匀速行驶时的速度是多大？

Answer 1

（1）D；（2）月球上没有内燃机工作所必须的空气；（3）电动机和灯泡中只要一个损坏了，另一个将不能工作了；灯泡无论白天还是黑夜都处于工作状态，既浪费了能源又缩短了灯泡的寿命；（4）7777.8Pa；
（5）24%；（6）4m/s.

试题分析：（1）本题判断月球周围是否有磁场的实验方案利用了电磁感应的原理，让闭合电路中的一部分导体在月球表面做切割磁感线运动，若灵敏电流计发生偏转，说明闭合电路中有电流产生，从而说明月球周围存在磁场，若灵敏电流计不偏转，说明月球周周不存在磁场.因此为了验证月球表面是否存在磁场，应采用D选项的做法；本题答案选D；
（2）内燃机要求燃料在汽缸内燃烧，将化学能转化为内能，而月球上没有空气，因此内燃机无法工作；
（3）观察电路图可知，电动机和灯泡串联在电路中，这样的连接缺点有：电动机和灯泡中只要一个损坏了，另一个将不能工作了；灯泡无论白天还是黑夜都处于工作状态，既浪费了能源又缩短了灯泡的寿命；
（4）月球车对地面的压力为：，因此，
月球车对月面的压强为：；
（5）太阳能电池板的效率为：；
（6）由题意可知，，
月球车运行的速度为：