Question

隨著人民生活水平的不斷提高和“汽車(chē)下鄉(xiāng)”政策的實(shí)施，汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)了很多普通農(nóng)村家庭，最近方文同學(xué)家也購(gòu)買(mǎi)了一輛小汽車(chē)．方文同學(xué)十分高興，將汽車(chē)?yán)锢锿馔饪戳藗�(gè)遍，并且進(jìn)行了認(rèn)真的思考，發(fā)現(xiàn)汽車(chē)上許多地方都用了物理知識(shí)，下面就是他思考的問(wèn)題，請(qǐng)你和他一起來(lái)解答．
（1）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽油機(jī)，從能源可否再生角度看，汽油是

 

能源（選填“可再生”或“不可再生”）；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，

 

 沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化機(jī)械能．
（2）若汽車(chē)油箱的容積為60L（dm³），內(nèi)裝的是密度為0.71×10³kg/m³、熱值為4.6×10⁷J/kg的汽油，則該油箱中最多可裝多少千克的汽油？若該車(chē)以20m/s的速度勻速行駛100km時(shí)所消耗的汽油為5kg，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率為12kW，則汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是多少？
（3）若轎車(chē)以90kW的恒定功率啟動(dòng)作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力不變，運(yùn)動(dòng)速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示，則在0～50s時(shí)間內(nèi)，轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功為多少焦？轎車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力為多少牛？

Answer 1

分析：（1）汽油是從石油中提煉出來(lái)的，石油是埋藏在地底下得生物體經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年的時(shí)間形成的，在短期內(nèi)不能從自然界得到補(bǔ)充，是不可再生能源；內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)有吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程四個(gè)沖程組成，其中壓縮沖程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，做功沖程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能；
（2）①已知油箱的體積和汽油的密度，根據(jù)公式m=ρV可求汽油的質(zhì)量；
②已知行駛的距離和速度，根據(jù)速度的變形公式可求所用的時(shí)間，再根據(jù)公式W=Pt可求汽車(chē)的有用功；根據(jù)公式Q=mq可求釋放的能量，有用功與釋放能量的比值就是發(fā)動(dòng)機(jī)的熱機(jī)效率；
（3）利用功的公式W=Pt可計(jì)算轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功；利用二力平衡知識(shí)可知阻力大小等于牽引力，所以先在圖乙中找到汽車(chē)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)是的速度，再利用功率的計(jì)算公式P=

W

t

=

Fs

t

=Fv，求出牽引力F，即等于阻力的大�。�

解答：解：（1）汽油在短期內(nèi)不能從自然界中得到補(bǔ)充，是不可再生能源；
在做功沖程中，汽油燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
（2）①由ρ=

m

V

可得，該車(chē)油箱最多能裝汽油：
m=ρV=0.71×10³kg/m³×60×10^-3m³=42.6kg；
②由v=

s

t

可得，行駛時(shí)間：
t=

s

v

=

100×103m

20m/s

=5000s，
汽車(chē)的有用功：
W_有=Pt=12×10³W×5000s=6×10⁷J，
釋放的能量：
Q=m′q=5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁸J，
發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：
η=

Q有

Q

×100%=

6×107J

2.3×108J

×100%≈26%；
（3）轎車(chē)的功率P=90kW=9×10⁴W，
轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)做功：
W=Pt=9×10⁴W×50s=4.5×10⁶J；
由圖示知轎車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度是v=30m/s，
由P=

W

t

=

Fs

t

=Fv可得，轎車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力：
f=F=

P

v

=

9×104W

30m/s

=3000N．
答：（1）不可再生；做功；
（2）該油箱中最多可裝42.6kg的汽油，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是26%；
（3）在0～50s時(shí)間內(nèi)，轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功為4.5×10⁶J，轎車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力為3000N．

點(diǎn)評(píng)：本題為力學(xué)和熱學(xué)綜合題，涉及到的知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，要求靈活選用所學(xué)知識(shí)分析求解，并能依據(jù)相關(guān)圖象選擇有用的信息來(lái)進(jìn)行分析，具有一定的難度．