Question

11．在北京舉辦的第15屆科博會上，展示了空氣動力大巴：祥天A4-0001，產品展出者介紹這種利用源源不斷的空氣作為動力源的客車，聽上去似乎是完美的交通解決方案；資源取之不盡，排放也是無污染的空氣--這非常誘人．
（1）這輛大巴車功率為240kW，時速可以達到為140km/h，整車質量為16800kg．它以最大速度行駛時動力可達到6171.4N．它配備了2000L的氣瓶，氣體膨脹時體積將增大為1224倍，常壓下空氣密度按1.3kg/m³計算，這瓶空氣的質量為3182.4kg．
（2）如果氣罐內充滿空氣，車輪著地面積按800cm²計算時對地面產生的壓強為2.2478×10⁶Pa．在氣罐內充滿空氣時，能夠對外做功640MJ左右，折合成電能約為177.8kW•h，折合成汽油13.9kg．（汽油的熱值是4.6×10⁷J/kg）產品展出者的介紹違背了能量的轉化和守恒定律，因為作為動力源的空氣所具有的能量就是內能，它必須由其他形式的能通過做功或熱傳遞的方式提供，最后變成供客車運動的機械能．

Answer 1

分析 （1）由P=Fv計算大巴車以最大速度行駛時動力大��；根據ρ=$\frac{m}{V}$計算瓶中空氣的質量；
（2）氣罐內充滿空氣時，車對地面壓力等于車與空氣重力之和，由p=$\frac{F}{S}$計算此時車對地面產生的壓強；
由1MJ=10⁶J，1kW•h=3.6×10⁶J進行單位的換算；由Q=mq計算折合成汽油的質量；
改變物體內能的方式有做功和熱傳遞兩種方式．

解答 解：
（1）已知大巴車功率P=240kW，時速可以達到v=140km/h，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，以最大速度行駛時的動力：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{240×1{0}^{3}W}{140×\frac{1}{3.6}m/s}$≈6171.4N；
氣瓶中氣體膨脹后體積：V=2000×10^-3m³×1224=2448m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得瓶中空氣的質量：m=ρV=1.3kg/m³×2448m³=3182.4kg；
（2）氣罐內充滿空氣時，車對地面壓力：
F=G_車+G_空氣=（m_車+m_空氣）g=（16800kg+3182.4kg）×10N/kg=199824N，
此時車對地面產生的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{199824N}{800×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=2.2478×10⁶Pa；
折合成電能約為：640MJ=640×10⁶J=640×10⁶×$\frac{1}{3.6×1{0}^{6}}$kW•h≈177.8kW•h，
由Q=mq可得這些能量折合成汽油的質量：
m_汽油=$\frac{Q}{q}$=$\frac{640×1{0}^{6}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$≈13.9kg；
作為動力源的空氣所具有的能量就是內能，它必須由其他形式的能通過做功或熱傳遞的方式提供，最后變成供客車運動的機械能．
故答案為：（1）6171.4；3182.4；（2）2.2478×10⁶；177.8；13.9；做功；熱傳遞．

點評 本題以空氣動力大巴為載體考查了功率、密度、壓強、熱值公式的應用以及內能的改變的方法等，考查知識點多，綜合性強，計算中要注意單位的換算．