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导思学案期末复习寒假作业物理深圳专版

导思学案期末复习寒假作业物理深圳专版

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6. 小明家购置一部新能源汽车。他了解到,某品牌汽车将搭载先进的“刀片”技术,有望帮助纯电车的续航顺利突破1000 km。于是小明查阅了关于第二代刀片电池的相关信息:“刀片电池是一种新型的磷酸铁锂电池,第二代刀片电池在技术上进行了多项优化和升级。采用了新型风冷液混合均温散热系统,以更好地控制电池包的温度,降低发热概率。能量密度从第一代的140\ \mathrm{W·h/kg}增至第二代的190\ \mathrm{W·h/kg},提升幅度高达35%。这一提升有望显著提升纯电动车的续航水平……”什么是电池能量密度?它的提升对汽车续航有多大影响?小明展开了项目式学习。
【项目任务】提高电池能量密度对续航的影响
【子任务一】了解电池能量密度
电池能量密度是电池能量性能的一个重要指标,指电池充满电时储存的电能与其质量的比值。电池能量密度的电池在相同质量下能提供更多的电能,不同类型的电池具有不同的能量密度,电池能量密度还受到其材料体系的影响。此外,材料压实密度、碳含量和活性物质百分比、电解液、电池制造工艺、温度和压力等环境因素,都会影响电池能量密度。
(1)阅读上文,写出电池能量密度的文字表达式________。
(2)小明联想到,寒假时,家里的电动汽车在北方老家时的续航里程比在深圳时低,请你据此提出一个影响电池能量密度大小的猜想:______。
【子任务二】比较电池的能量密度
小明发现他的遥控车有两种不同的充电电池:镍氢电池(充满电时电压为1.2\ \mathrm{V})和锂离子电池(充满电的电压为3.7\ \mathrm{V}),他设计了以下方案比较两者的能量密度:
①将两种电池分别与相同规格的小灯泡、开关、导线连接,如图甲所示;
②用秒表记录小灯泡能工作的时间$t$;
③根据$W=UIt$,可知小灯泡工作的时间$t$与消耗的电能$W$成正比,求出时间$t$和电池质量$m$之比,即可比较几种电池能量密度。
(3)小明有额定电压为2.5\ \mathrm{V}和3.8\ \mathrm{V}这两个规格的小灯泡,他应选择$U_{\mathrm{额}}=$______\ \mathrm{V}的小灯泡做实验。
(4)请你写出小明的实验方案存在的不合理之处:______。
(5)小红在此基础上,添加了电压表和电流表。实验中收集到的数据如下:
|电池种类|电压表示数|电流表示数|灯泡工作时间|电池总质量|
|----|----|----|----|----|
|锂离子电池|3.7\ \mathrm{V}|0.3\ \mathrm{A}|200\ \mathrm{min}|38\ \mathrm{g}|
|镍氢电池|2.4\ \mathrm{V}|0.24\ \mathrm{A}|500\ \mathrm{min}|50\ \mathrm{g}|
通过计算,能量密度较大的是________。小红认为小明的实验需要耗时太长,请你写出一个减少耗时的有效措施:______。
答案:(1)电池能量密度 = $\frac{\mathrm{电池充满电时储存的电能}}{\mathrm{电池质量}}$
(2)温度可能影响电池能量密度(温度越低,电池能量密度可能越小)
(3)2.5
(4)未控制电流相同(或未考虑电池实际输出电压与灯泡额定电压的匹配问题)
(5)锂离子电池;增大电路中的电流(或使用阻值更小的灯泡)