Question

【題目】目前，“節(jié)能減排”已引起全球的關(guān)注．如何減少能耗，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率越來(lái)越受到人們的重視，大多數(shù)家用汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)均為汽油機(jī)，它把汽油燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能部分轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳給車輪使汽車行駛，小明的爸爸新買了一輛小汽車，如圖所示，小明坐著這輛汽車勻速行駛144km，用時(shí)2h，消耗汽油9kg，其發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為23kW．請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解答下列問(wèn)題．（汽油的熱值為4.6×107J/kg）
（1）汽車效率比較低，原因是什么？指出兩點(diǎn)即可．
（2）汽車勻速行駛時(shí)所受的牽引力是多大？
（3）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是多少？
（4）觀察小汽車的外型，判斷小汽車在水平路面高速行駛和靜止時(shí)，對(duì)地面壓力哪一個(gè)大？為什么？

Answer 1

【答案】
（1）解：汽油機(jī)工作時(shí)的能量損失：

①燃料在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)，有一部分燃料沒(méi)有完全燃燒，就隨著廢氣被排到空氣中，帶走一部分能量；

②排氣沖程中排出的廢氣溫度很高，帶去一部分熱能；

③熱機(jī)工作時(shí)，氣缸機(jī)件散熱，消耗一部分內(nèi)能；

④熱機(jī)內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件間摩擦做功消耗能量．由于以上能量的損失，導(dǎo)致了汽油機(jī)的效率比較低．

答：汽車效率比較低，原因是①燃料在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)，有一部分燃料沒(méi)有完全燃燒，就隨著廢氣被排到空氣中，帶走一部分能量；②排氣沖程中排出的廢氣溫度很高，帶去一部分熱能．

（2）解：汽車的速度：

v= = =72km/h=20m/s，

∵P=Fv，

∴牽引力大�。�

F= = =1150N；

答：汽車勻速行駛時(shí)所受的牽引力是150N；

（3）解：汽車行駛兩小時(shí)做的有用功：

W=Fs=1150N×144000m=1.656×108J，

9kg汽油完全燃燒放出的熱量：

Q放=mq=9kg×4.6×107J/kg=4.14×108J，

汽油機(jī)的效率：

η= = =40%；

答：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是40%；

（4）解：靜止時(shí)對(duì)路面的壓力大，因?yàn)楦咚傩旭倳r(shí)，汽車上表面的空氣流速大，對(duì)汽車的壓強(qiáng)小，使汽車有一個(gè)向上托的力．

答：靜止時(shí)對(duì)路面的壓力大，因?yàn)楦咚傩旭倳r(shí)，汽車上表面的空氣流速大，對(duì)汽車的壓強(qiáng)小，使汽車有一個(gè)向上托的力．

【解析】（1）熱機(jī)的工作過(guò)程是燃料燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后由內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．因此轉(zhuǎn)化出來(lái)的機(jī)械能是有效利用的能量，轉(zhuǎn)化成的其它能量都是損耗掉的能量．從熱機(jī)的工作過(guò)程入手即可分析出汽油機(jī)效率低的原因．（2）求出汽車的速度，利用P=Fv求牽引力大小；（3）利用W=Fs求有用功，利用Q放=mq求汽油完全燃燒放出的熱量（總能量），利用效率公式求汽油機(jī)的效率；（4）靜止時(shí)對(duì)地面的壓力等于汽車自身的重力，高速行駛時(shí)，用流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系可以解釋這個(gè)問(wèn)題．
【考點(diǎn)精析】掌握二力平衡條件的應(yīng)用和功率的計(jì)算與測(cè)量是解答本題的根本，需要知道二力平衡的條件是：作用在同一物體上的兩個(gè)力大小相等，方向相反，且作用在同一直線上，即合力為零．（一物、二力、等大、反向、同直線）；功率的計(jì)算： P = W/tW 表示功，單位是焦（J）. t表示時(shí)間 ，單位是秒（s） P表示功率，單位是瓦特（W）1 W= 1 J/s．