Question

11．油電混合動力汽車是新型節(jié)能汽車之一．這種汽車啟動時內(nèi)燃機(jī)并不工作，由動力蓄電池組通過驅(qū)動電機(jī)向車輪輸送能量；當(dāng)以高速勻速行駛或動力蓄電池組儲存能量過低時，內(nèi)燃機(jī)啟動，此時在向車輪輸送能量的同時也給動力蓄電池組輸送能量．如圖1是某型號混合動力汽車，總質(zhì)量1200kg，每個車輪與地面接觸面積20cm²；所用的動力蓄電池組儲存的最大能量是1.0×10⁸J．若測試人員駕駛該車在平直公路上以80km/h的測試車速勻速行駛0.5h，內(nèi)燃機(jī)消耗燃油2.5kg，同時蓄電池組的能量增加了它最大儲存能量的10%；從汽車的使用說明書中知道，汽車行駛時所受阻力f和車速v的關(guān)系如圖2所示．則：
（1）該汽車靜止時對水平地面的壓強(qiáng)．（取g=10N/kg）；
（2）該汽車測試行駛中牽引力做了多少功？
（3）該汽車測試行駛中若燃油完全燃燒可放出多少熱量？
（4）該汽車內(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）該汽車靜止時對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個車輪與地面接觸面積之和，根據(jù)p=$\frac{F}{S}$求出對水平地面的壓強(qiáng)；
（2）知道汽車行駛的速度和時間，根據(jù)s=vt求出行駛的距離，由圖2可知汽車受到的阻力，汽車勻速行駛時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，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%求出該汽車內(nèi)燃機(jī)的效率．

解答 解：（1）該汽車靜止時對水平地面的壓力：
F=G=mg=1200kg×10N/kg=12000N，
對水平地面的壓強(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，汽車受到的牽引力f=900N，
因汽車勻速行駛時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，
所以，牽引力的大小F′=f=900N，
則該汽車測試行駛中牽引力做的功：
W=F′s=900N×4×10⁴m=3.6×10⁷J；
（3）該汽車測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）該汽車靜止時對水平地面的壓強(qiáng)為1.5×10⁶Pa；
（2）該汽車測試行駛中牽引力做了3.6×10⁷J的功；
（3）該汽車測試行駛中若燃油完全燃燒可放出1.15×10⁸J的熱量；
（4）該汽車內(nèi)燃機(jī)的效率是40%．

點(diǎn)評 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．