Question

3．某款油電混合動力小汽車，具有省油、能量利用率高等特點，其相關(guān)信息如表．在某次水平道路測試中，該車以中速勻速行駛170km，共消耗汽油10L．測試過程中，內(nèi)燃機既向車輪提供能量，又向蓄電池充電，同時蓄電池又將部分能量通過電動機向車輪輸送，此時，內(nèi)燃機和電動機共同驅(qū)動車輛前進．之后，工作人員又進行了制動測試，描繪出了制動距離（從剎車開始到車停止的距離）與制動時的速度關(guān)系圖象，如圖所示．

驅(qū)動模式	純電動	啟動、低速
	油電混動	中速
	純?nèi)加?/TD>	高速
汽車質(zhì)量	1200kg
車輪與地面總接觸面積	0.096m2

（1）由圖象可知，車速越大，制動距離越長．
（2）該車空載靜止時，對水平地面的壓強是多少？（g取10N/kg）
（3）在水平道路中速勻速行駛測試中，若平均阻力為1000N，牽引力做的功是多少？
（4）在水平道路中速勻速行駛測試中，若該車內(nèi)燃機的效率為53%，此過程最終使蓄電池增加了多少能量？（忽略蓄電池和電動機的熱損失，ρ_汽油取0.7×10³kg/m³，q_汽油=4.6×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）由圖象可知，汽車的速度越大，制動距離越長；
（2）已知汽車的質(zhì)量，利用G=mg求其重力；汽車對地面的壓力等于重力，求出總接觸面積（受力面積），利用p=$\frac{F}{S}$求對水平地面的壓強；
（3）勻速行駛時，汽車的牽引力與所受到的阻力為一對平衡力，由W=Fs解題．
（4）根據(jù)密度公式變形可求得汽油的質(zhì)量，利用Q=mq可求得汽油完全燃燒放出的熱量，再利用內(nèi)燃機的效率可求得有用能量，然后可知蓄電池增加了多少能量．

解答 解：（1）由圖象可知，汽車的速度越大，停車距離會隨著反應距離的變長而變長，即制動距離越長；
（2）汽車的重力：
G=mg=1200kg×10N/kg=12000N，
汽車靜止時對水平地面的壓力：
F=G=12000N
受力面積S=0.096m²，
該車空載靜止時，對水平地面的壓強p=$\frac{F}{S}$=$\frac{12000N}{0.096{m}^{2}}$=1.25×10⁵Pa；
（3）由題可知，汽車做勻速直線運動，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，大小是相等的，
可得牽引力F_牽=f=1000N，汽車牽引力做的功W_機械=F_牽s=1000N×1.7×10⁵J=1.7×10⁸J．
（4）由ρ=$\frac{m}{V}$可知，車消耗汽油的質(zhì)量m_汽油=ρ_汽油V=0.7×10³kg/m³×10×10^-3m³=7kg，
汽油完全燃燒放出的熱量Q_放=mq=7kg×4.6×10⁷J/kg=3.22×10⁸J，
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$可得，內(nèi)燃機輸出的有用能量W_有用=Q_放η=3.22×10⁸J×53%=1.7066×10⁸J；
最終蓄電池增加的能量W=W_有用-W_機械=1.7066×10⁸J-1.7×10⁸J=6.6×10⁵J．
答：（1）大；
（2）該車空載靜止時，對水平地面的壓強是1.25×10⁵Pa；
（3）在水平道路中速勻速行駛測試中，若平均阻力為1000N，牽引力做的功是1.7×10⁸J．
（4）此過程最終使蓄電池增加了6.6×10⁵J能量．

點評 本題為力學綜合題，考查了密度公式及其變形的應用、壓強、功、熱量、熱機效率的計算，考查得很全面，要求靈活應用相關(guān)公式，注意單位統(tǒng)一．