Question

18．隨著人們生活水平的不斷提高，各種小汽車已經(jīng)走進(jìn)我們的家庭．小汽車的一些設(shè)計和使用過程中的許多現(xiàn)象與物理知識有關(guān)，請你用學(xué)過的物理知識解答下面的問題：

（1）普通的小汽車用的是汽油機(jī)，圖甲所示的是做功沖程，為了不讓汽油機(jī)在工作時溫度升得太高，在設(shè)計制造時，汽缸外有一個水套，讓汽缸被水包圍著，這是通過熱傳遞的方式減少汽缸內(nèi)能，用水來冷卻汽缸是因為水的比熱容較大．
（2）如圖丁是加油站加油機(jī)的圖片．和大多數(shù)物質(zhì)一樣，汽油也有熱脹冷縮的性質(zhì)，隨著氣溫的變化，汽油密度會發(fā)生變化，受此因素影響，在每噸汽油價格不變的情況下，每升汽油的價格應(yīng)相應(yīng)變化．當(dāng)氣溫上升時，有關(guān)汽油密度和價格的變化下列說法正確的是C
A．密度變大，價格下調(diào)
B．密度變大，價格上調(diào)
C．密度變小，價格下調(diào)
D．密度變小，價格上調(diào)
（3）太陽能汽車?yán)�用太陽能來�?qū)動，真正實(shí)現(xiàn)了零排放，有效地減少了對環(huán)境的污染．某太陽能汽車如圖乙，質(zhì)量為450kg，頂部安裝了太陽能電池板．若汽車上的太陽能電池板的有效面積為6m²，它正對太陽時電池能夠產(chǎn)生200V的電壓，并對車上電動機(jī)提供10.5A的電流，太陽光照射到地面時單位面積上的輻射功率為1.2×10³W/m²，則電池的輸出功率為2100W，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為29.2%，如果這輛汽車的電動機(jī)將電能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%，當(dāng)汽車在水平面上勻速行駛時，受到的牽引力為80N，則汽車的行駛速度為21 m/s．
（4）太陽能汽車采用四輪鼓式制動，有效地減少了制動距離．通過測量獲得汽車以不同速度行駛時對應(yīng)的制動距離（即從操縱制動剎車到車停下來的距離），數(shù)據(jù)如表所示：

實(shí)驗次數(shù)	1	2	3	4	5
速度/（m?s-1）	2	3	4	5	6
制動距離/m	0.5	1.13	2.00	3.13	4.50

請在圖中描點(diǎn)作出s-v²圖象，寫出s和v的定量關(guān)系式s=$\frac{{v}^{2}}{8}$，當(dāng)轎車速度為8m/s時對應(yīng)的制動距離是8m．

Answer 1

分析 （1）內(nèi)燃機(jī)的一個工作循環(huán)有四個沖程，即吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程；壓縮沖程即進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞由下向上運(yùn)動，壓縮空氣做功，使氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能增加溫度升高；對于做功沖程，即氣缸內(nèi)的混合物被引燃，導(dǎo)致氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓�這些燃?xì)馔苿踊钊�做功，使活塞由上向下運(yùn)動；改變內(nèi)能有兩種方式：即做功和熱傳遞；在自然界中水的比熱容最大，這也是我們選用水作為作取暖或冷卻物體的物質(zhì)的根本原因；
（2）物體的質(zhì)量是物體本身的一種屬性，不隨物體的位置、形狀、狀態(tài)、溫度的變化而變化．到了夏季，汽油的質(zhì)量不變，體積增大，密度減小，每千克的價格不變，但是每升的價格應(yīng)該降低；
（3）電池的輸出功率可利用公式P=UI來進(jìn)行計算．太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率就是得到的電能占從太陽獲得總輻射能量的百分比．根據(jù)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率可計算出其機(jī)械功率，再根據(jù)公式P=Fv可得出汽車運(yùn)行的速度；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，先畫點(diǎn)，再連線，通過讀圖再來確定當(dāng)轎車速度為4.5m/s時對應(yīng)的制動距離大約是多少．

解答 解：
（1）內(nèi)燃機(jī)的一個工作循環(huán)有四個沖程，即吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，在做功沖程中，活塞由上向下氣缸內(nèi)的高壓高溫物質(zhì)，即對活塞做功，使得內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
同時為了避免汽油機(jī)在工作時溫度升得太高，在設(shè)計制造時，汽缸外有一個水套，讓汽缸被水包圍著，即通過水吸收熱量而使得氣缸溫度降低，這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的；在這里我們之所以選擇用水作為冷卻劑，源于水的比熱容最大，即相同質(zhì)量的水和其他的液體相比較時，若都是升高1℃時，水能吸收的熱量最多，故用水冷卻效果最好；
（2）和大多數(shù)物體一樣，汽油也有熱脹冷縮的性質(zhì)，到了夏季，汽油的溫度升高，汽油的質(zhì)量不變，根據(jù)密度公式，體積增大，每升汽油中汽油的質(zhì)量減小，價格降低．
（3）電池的輸出功率：P_電池=UI=200V×10.5A=2100W；
太陽光照射的輻射功率為；P_太陽=1.2×10³W/m²×6m²=7.2×10³W；
太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率：η=$\frac{{P}_{電池}}{{P}_{太陽}}$×100%=$\frac{2100W}{7.2×1{0}^{3}W}$×100%≈29.2%；
因為電能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%，
所以P_機(jī)械=P_電池×η′=2100W×80%=1680W；
由公式P=Fv得，
v=$\frac{{P}_{機(jī)械}}{F}$=$\frac{1680W}{80N}$=21m/s；
（4）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)圖中先畫點(diǎn)，再描線，注意橫坐標(biāo)準(zhǔn)速度的平方，縱坐標(biāo)為距離．如圖所示：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)和圖象反映的規(guī)律可知，s=$\frac{{v}^{2}}{8}$；當(dāng)轎車速度為8m/s時對應(yīng)的制動距離約是8m．
故答案為：
（1）做功；熱傳遞；比熱容；
（2）C；
（3）2100； 29.2%； 21；
（4）s=v²/8；8m．

點(diǎn)評 本題以太陽能汽車為背景中，考查了多個物理知識點(diǎn)，包括壓強(qiáng)的計算、能量的轉(zhuǎn)化、效率的公式、功率的公式等，同時還考查了我們對圖象的處理能力，綜合性很強(qiáng)，有一定的難度，值得我們關(guān)注．