Question

6．某小汽車在一段平直的公路上勻速行駛11.2km，受到的阻力是3.0×10³N，消耗燃油3.0L（假設(shè)燃油完全燃燒）若燃油的密度是0.8×10³kg/m³，熱值為4×10⁷J/kg．求：
（1）該汽車在這段路程中牽引力所做的功．
（2）熱機的效率．  
（3）并分析熱機效率較低的原因．

Answer 1

分析 （1）車勻速運動，牽引力等于阻力，牽引力做的功就是克服阻力做的功；利用功的公式計算即可；
（2）由密度公式變形可求得燃油的質(zhì)量，利用Q=mq可求得燃油完全燃燒放出的熱量，再利用η=$\frac{{Q}_{有}}{{Q}_{總}}$×100%求得熱機的效率．
（3）熱機的工作過程是燃料燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后由內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能．因此轉(zhuǎn)化出來的機械能是有效利用的能量，其它方式消化的能量都是損耗掉的能量．從熱機的工作過程入手即可分析出熱機的效率低的原因．

解答 解：（1）汽車在平直公路上勻速行駛，汽車所受牽引力與阻力是一對平衡力
F_牽=F_阻=3.0×10³N
W=FS=3.0×10³N×11.2×10³m=3.36×10⁷J；
（2）由 ρ=$\frac{m}{V}$可得，
m_油=ρ_油V_油=0.8×10³kg/m³×3×10^-3m³=2.4kg
Q=qm_油=4×10⁷J/kg×2.4kg=9.6×10⁷J，
則η=$\frac{{Q}_{有}}{{Q}_{總}}$×100%=$\frac{3.36×1{0}^{7}J}{9.6×1{0}^{7}J}$×100%=35%．
（3）燃料在氣缸內(nèi)燃燒時，有一部分燃料沒有完全燃燒，就隨著廢氣被排到空氣中，帶走一部分能量；
排氣沖程中排出的廢氣溫度很高，帶去一部分熱能；
熱機工作時，氣缸機件散熱，消耗一部分內(nèi)能；
熱機內(nèi)相對運動的機件間摩擦做功消耗能量．由于以上能量的損失，導(dǎo)致了熱機的效率非常低．
答：（1）汽車在這段路程中牽引力所做的功為3.36×10⁷J；
（2）熱機的效率為35%；
（3）①燃料不能完全燃燒；②因克服摩擦消耗能量；③廢氣帶走一部分能量；④因散熱的熱損失．

點評 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)知識熱量的計算以及效率等知識點，學(xué)生要熟練掌握物理公式，并靈活的運用到計算中去．