Question

（2012?武漢模擬）上海大眾向2010年世博會(huì)提供了一種混合動(dòng)力轎車．轎車使用燃料作動(dòng)力，在一段平直的公路上勻速行駛5.6km，受到的阻力是3.0×10³N，消耗燃油1.5L（假設(shè)燃油完全燃燒，燃油的密度ρ=0.8×10³ kg/m³，熱值q=4×10⁷J/kg），求：
（1）此時(shí)該混合動(dòng)力轎車牽引力所做的功是多少？
（2）該混合動(dòng)力轎車的熱機(jī)效率是多少？轎車使用超級電池作動(dòng)力，電池最多能提供8×10⁷J的電能．它以45km/h的速度沿平直公路勻速行駛時(shí)，每行駛1m要消耗200J的能量來克服阻力做功．
（3）若電源提供的能量只有60%用于克服阻力做功．這輛車以45km/h的速度勻速直線行駛的最遠(yuǎn)路程是多少？
（4）這輛車以45km/h的速度勻速直線行駛時(shí)，克服阻力做功的功率是多少？
（5）當(dāng)電池組能量耗盡后，用充電器給電池組充電．若充電器工作電壓為220V，平均電流為15A，充電過程中沒有能量損失，則給電池組充滿一次電所需的時(shí)間是多少？

Answer 1

分析：（1）車勻速運(yùn)動(dòng)，牽引力等于阻力，牽引力做的功就是克服阻力做的功；利用功的公式計(jì)算即可；
（2）根據(jù)Q=mq算出放出的熱量；將（1）中算出的功與（2）中算出的熱量代入熱機(jī)效率公式η=

W

Q

就可以算出該車的熱機(jī)效率；
（3）先計(jì)算電源用來克服阻力提供的能量，還知每行駛1m要消耗200J的能量來克服阻力做功，從而求出可以行駛的距離．
（4）已知每行駛1m要消耗200J的能量，根據(jù)公式F=

W

S

可求牽引力的大小，車做勻速運(yùn)動(dòng)，阻力等于牽引力，根據(jù)公式P=FV算出克服阻力做功的功率．
（5）已知電源提供的能量和電源電壓、工作電流，根據(jù)公式t=

W

UI

可求所用的時(shí)間．

解答：解：（1）因?yàn)檗I車勻速行駛，所以牽引力F=f=3.0×10³N
牽引力做的功W=Fs=3.0×10³N×5.6×10³m=1.68×10⁷J；
（2）消耗燃油的質(zhì)量：m=ρV=0.8×10³kg/m³×1.5×10^-3m³=1.2kg
燃油完全燃燒所產(chǎn)生的熱量：Q=mq=1.2kg×4×10⁷J/kg=4.8×10⁷J
熱機(jī)效率η=

W

Q

=

1.68×107J

4.8×107J

=35%．
（3）W_有=ηW_總=8×10⁷J×60%=4.8×10⁷J，
最遠(yuǎn)路程S=

W有

200J/m

=

4.8×107J

200J/m

=2.4×10⁵m．
（4）阻力等于牽引力f=F=

W

S

=

200J

1m

=200N，
速度V=45km/h=12.5m/s，
克服阻力做功的功率是P=fV=200N×12.5m/s=2.5×10³W．
（5）因?yàn)閃=Pt=UIt
給電池組充滿一次電所需的時(shí)間是t=

W

UI

=

8×107J

220V×15A

=2.42×10⁴s．
答：（1）此時(shí)該混合動(dòng)力轎車牽引力所做的功是1.68×10⁷J；
（2）該混合動(dòng)力轎車的熱機(jī)效率是35%；
（3）若電源提供的能量只有60%用于克服阻力做功．這輛車以45km/h的速度勻速直線行駛的最遠(yuǎn)路程是2.4×10⁵m；
（4）這輛車以45km/h的速度勻速直線行駛時(shí)，克服阻力做功的功率是2.5×10³W；
（5）給電池組充滿一次電所需的時(shí)間是2.42×10⁴s．

點(diǎn)評：本題涉及的物理知識多，有力學(xué)知識力的平衡、力做功，熱學(xué)知識熱量的計(jì)算以及效率等知識點(diǎn)，一環(huán)扣一環(huán)，這類題能讓學(xué)生對各物理量有一個(gè)整體性的掌握，有點(diǎn)難度，學(xué)生要熟練掌握物理公式，并靈活的運(yùn)用到計(jì)算中去．