Question

11．油電混合動(dòng)力汽車(chē)是新型節(jié)能汽車(chē)之一．這種汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)內(nèi)燃機(jī)并不工作，由動(dòng)力蓄電池組通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向車(chē)輪輸送能量；當(dāng)以高速勻速行駛或動(dòng)力蓄電池組儲(chǔ)存能量過(guò)低時(shí)，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)在向車(chē)輪輸送能量的同時(shí)也給動(dòng)力蓄電池組輸送能量．如圖1是某型號(hào)混合動(dòng)力汽車(chē)，總質(zhì)量1200kg，每個(gè)車(chē)輪與地面接觸面積20cm²；所用的動(dòng)力蓄電池組儲(chǔ)存的最大能量是1.0×10⁸J．若測(cè)試人員駕駛該車(chē)在平直公路上以80km/h的測(cè)試車(chē)速勻速行駛0.5h，內(nèi)燃機(jī)消耗燃油2.5kg，同時(shí)蓄電池組的能量增加了它最大儲(chǔ)存能量的10%；從汽車(chē)的使用說(shuō)明書(shū)中知道，汽車(chē)行駛時(shí)所受阻力f和車(chē)速v的關(guān)系如圖2所示．則：
（1）該汽車(chē)靜止時(shí)對(duì)水平地面的壓強(qiáng)．（取g=10N/kg）；
（2）該汽車(chē)測(cè)試行駛中牽引力做了多少功？
（3）該汽車(chē)測(cè)試行駛中若燃油完全燃燒可放出多少熱量？
（4）該汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的效率是多大？（假設(shè)燃油完全燃燒，燃油的熱值為4.6×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）該汽車(chē)靜止時(shí)對(duì)水平地面的壓力和自身的重力相等，根據(jù)F=G=mg求出其大小，受力面積為4個(gè)車(chē)輪與地面接觸面積之和，根據(jù)p=$\frac{F}{S}$求出對(duì)水平地面的壓強(qiáng)；
（2）知道汽車(chē)行駛的速度和時(shí)間，根據(jù)s=vt求出行駛的距離，由圖2可知汽車(chē)受到的阻力，汽車(chē)勻速行駛時(shí)處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對(duì)平衡力，二力大小相等，根據(jù)W=Fs求出牽引力做的功；
（3）知道消耗油的質(zhì)量和熱值，根據(jù)Q_放=mq求出完全燃燒釋放的熱量；
（4）根據(jù)效率公式求出電池組增加的能量，然后加上牽引力做的功即為有用的能量，利用η=$\frac{{W}_{有}}{{Q}_{放}}$×100%求出該汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的效率．

解答 解：（1）該汽車(chē)靜止時(shí)對(duì)水平地面的壓力：
F=G=mg=1200kg×10N/kg=12000N，
對(duì)水平地面的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{12000N}{20×1{0}^{-4}{m}^{2}×4}$=1.5×10⁶Pa；
（2）由v=$\frac{s}{t}$可得，汽車(chē)行駛的距離：
s=vt=80km/h×0.5h=40km=4×10⁴m，
由圖2可知，當(dāng)v=80km/h時(shí)，汽車(chē)受到的牽引力f=900N，
因汽車(chē)勻速行駛時(shí)處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對(duì)平衡力，
所以，牽引力的大小F′=f=900N，
則該汽車(chē)測(cè)試行駛中牽引力做的功：
W=F′s=900N×4×10⁴m=3.6×10⁷J；
（3）該汽車(chē)測(cè)試行駛中若燃油完全燃燒可放出的熱量：
Q_放=m′q=2.5kg×4.6×10⁷J/kg=1.15×10⁸J；
（4）電池組增加的能量：
△E=10%E=10%×1.0×10⁸J=1.0×10⁷J，
獲得有用的能量：
W_有=W+△E=3.6×10⁷J+1.0×10⁷J=4.6×10⁷J，
該汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{4.6×1{0}^{7}J}{1.15×1{0}^{8}J}$×100%=40%．
答：（1）該汽車(chē)靜止時(shí)對(duì)水平地面的壓強(qiáng)為1.5×10⁶Pa；
（2）該汽車(chē)測(cè)試行駛中牽引力做了3.6×10⁷J的功；
（3）該汽車(chē)測(cè)試行駛中若燃油完全燃燒可放出1.15×10⁸J的熱量；
（4）該汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)的效率是40%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了重力公式、壓強(qiáng)公式、速度公式、做功公式、燃料完全燃燒釋放熱量公式、效率公式以及二力平衡條件的應(yīng)用，要注意有用的能量等于牽引力做的功和獲得的電能之和．