Question

隨著人民生活水平的不斷提高和“汽車下鄉(xiāng)”政策的實施，汽車已經(jīng)走進了很多普通農(nóng)村家庭，最近方文同學家也購買了一輛小汽車．方文同學十分高興，將汽車里里外外看了個遍，并且進行了認真的思考，發(fā)現(xiàn)汽車上許多地方都用了物理知識，下面就是他思考的問題，請你和他一起來解答．
（1）汽車發(fā)動機是汽油機，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)動機工作時，

 

 沖程將內(nèi)能轉化機械能．
（2）若汽車油箱的容積為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？若該車以20m/s的速度勻速行駛100km時所消耗的汽油為5kg，汽車發(fā)動機的輸出功率為12kW，則汽車發(fā)動機的效率是多少？
（3）若轎車以90kW的恒定功率啟動作直線運動，運動過程中受到的阻力不變，運動速度v與時間t的關系如圖所示，則在0～50s時間內(nèi)，轎車發(fā)動機所做的功為多少焦？轎車在運動過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的，石油是埋藏在地底下得生物體經(jīng)過幾百萬年的時間形成的，在短期內(nèi)不能從自然界得到補充，是不可再生能源；內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)有吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程四個沖程組成，其中壓縮沖程中機械能轉化成內(nèi)能，做功沖程中內(nèi)能轉化成機械能；
（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間，再根據(jù)公式W=Pt可求汽車的有用功；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)動機的熱機效率；
（3）利用功的公式W=Pt可計算轎車發(fā)動機所做的功；利用二力平衡知識可知阻力大小等于牽引力，所以先在圖乙中找到汽車勻速直線運動是的速度，再利用功率的計算公式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充，是不可再生能源；
在做功沖程中，汽油燃燒的化學能轉化為內(nèi)能，高溫高壓的燃氣推動活塞做功，將內(nèi)能轉化為機械能；
（2）①由ρ=

m

V

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

s

t

可得，行駛時間：
t=

s

v

=

100×103m

20m/s

=5000s，
汽車的有用功：
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)動機的效率：
η=

Q有

Q

×100%=

6×107J

2.3×108J

×100%≈26%；
（3）轎車的功率P=90kW=9×10⁴W，
轎車發(fā)動機做功：
W=Pt=9×10⁴W×50s=4.5×10⁶J；
由圖示知轎車勻速運動時的速度是v=30m/s，
由P=

W

t

=

Fs

t

=Fv可得，轎車運動過程中受到的阻力：
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，汽車發(fā)動機的效率是26%；
（3）在0～50s時間內(nèi)，轎車發(fā)動機所做的功為4.5×10⁶J，轎車在運動過程中受到的阻力為3000N．

點評：本題為力學和熱學綜合題，涉及到的知識點多、綜合性強，要求靈活選用所學知識分析求解，并能依據(jù)相關圖象選擇有用的信息來進行分析，具有一定的難度．