Question

14．倫敦奧運會期間，一種環(huán)保混合動力汽車穿梭于各場館之間，混合動力汽車啟動時，內(nèi)燃機并不工作，蓄電池通過某種方式向車輪輸送能量；當(dāng)需要高速行駛或蓄電池儲存電能過低時，內(nèi)燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，也可以同時給蓄電池充電；當(dāng)車輛需要全力加速時，內(nèi)燃機和蓄電池還可以同時向車輪輸送能量．一測試人員駕駛該車在平直公路上勻速行駛0.5h，觀察儀表盤，發(fā)現(xiàn)這段時間內(nèi)汽車內(nèi)燃機消耗燃油 4.475kg，車速為50km/h，蓄電池組儲存的能量由最大值的60%增加到80%，蓄電池組儲存的能量的最大值為1.08×10⁸J．從汽車使用技術(shù)手冊中，測試人員發(fā)現(xiàn)該車使用的燃油的熱值為4.0×10⁷J/kg，汽車行駛時所受阻力f和車速v的關(guān)系如圖所示．
（1）混合動力車啟動時，蓄電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車機械能．
（2）該車在測試過程中內(nèi)燃機的牽引力所做功是多少？
（3）該車在測試過程中蓄電池組儲存的能量增加了多少？
（4）試計算該汽車內(nèi)燃機的效率（不計內(nèi)燃機機械傳動及充電過程中的能量損失）．

Answer 1

分析 （1）混合動力車啟動時，蓄電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能；
（2）由圖象求出汽車的行駛速度為50km/h時汽車受到的阻力，汽車勻速運動，處于平衡狀態(tài)，由平衡條件求出汽車的牽引力，由速度公式的變形公式求出汽車行駛的距離，根據(jù)公式W=Fs求出牽引力做的功；
（3）已知蓄電池組儲存的電能由最大值的60%增加到80%，可求出轉(zhuǎn)化成的電能；
（4）已知燃油的質(zhì)量4.475kg，燃油的熱值為4.0×10⁷J/kg，根據(jù)Q_放=mq可求出燃油放出的熱量，被有效利用的能量為做的功和轉(zhuǎn)化成的電能之和，最后根據(jù)效率公式求出內(nèi)燃機的效率．

解答 解：（1）混合動力車啟動時，蓄電池把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車機械能；
（2）由圖象可知，當(dāng)汽車的速度為50km/h時，汽車受到的阻力為2000N，
因汽車做勻速運動時，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，
所以，汽車牽的引力：
F=f=2000N，
由v=$\frac{s}{t}$可得，汽車通過的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
則牽引力做的功：
W₁=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
（3）該車在測試過程中蓄電池組儲存的能量增加了：
W₂=1.08×10⁸J×（80%-60%）=2.16×10⁷J；
（4）燃油放出的熱量：
Q_放=mq=4.475kg×4.0×10⁷J/kg=1.79×10⁸J，
被有效利用的能量：
W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.16×10⁷J=7.16×10⁷J，
該汽車內(nèi)燃機的效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{7.16×1{0}^{7}J}{1.79×1{0}^{8}J}$×100%=40%．
答：（1）化學(xué)；機械；
（2）該車在測試過程中內(nèi)燃機的牽引力所做功是為5×10⁷J．
（3）該車在測試過程中蓄電池組儲存的能量增加了2.16×10⁷J，
（4）該汽車內(nèi)燃機的效率為40%．

點評 本題綜合考查了熱量的計算以及熱機的效率，也是一道生活中的物理題，有其實用價值．對公式的把握和運用是基礎(chǔ)，只要讀好題，總體來說本題難度不大．在計算內(nèi)燃機的效率時，要注意不要忘記轉(zhuǎn)化成的電能的能量．