Question

我國自行生產(chǎn)的混合動力汽車已經(jīng)服務(wù)于生活，混合動力汽車由一臺內(nèi)燃機(jī)和一臺電機(jī)組成，這臺電機(jī)既可以充當(dāng)電動機(jī)驅(qū)動汽車，又可以充當(dāng)發(fā)電機(jī)給蓄電池充電．

輸出電壓/V	300
額定功率/kW	30
最大容量/kW?h	30
質(zhì)量/kg	320

混合動力汽車啟動時，內(nèi)燃機(jī)并不工作，蓄電池通過電機(jī)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(jī)啟動，向車輪輸送能量，并通過電機(jī)給蓄電池充電．
（1）內(nèi)燃機(jī)工作時，是燃油燃燒時釋放出的

內(nèi)

能轉(zhuǎn)化為

機(jī)械

能．
（2）某種型號的混合動力汽車，所用的鎳氫蓄電池組的部分參數(shù)如表所示．汽車上的電機(jī)（充當(dāng)電動機(jī)）的額定功率應(yīng)該

小于

（大于/等于/小于）30kW．簡單說明你判斷的理由．
（3）測試人員駕駛該車在平直公路上勻速直線行駛0.5h，觀察儀表盤，發(fā)現(xiàn)這段時間內(nèi)汽車消耗燃油5kg，車速為50km/h，蓄電池組儲存的電能由最大值的80%增加到最大值．燃油的熱值為4.6×10⁷J/kg．汽車行駛時所受阻力f和車速v的關(guān)系如圖所示．
①完全燃燒燃油5kg能放出

2.3×10⁸

J的熱量．
②汽車發(fā)動機(jī)的牽引力為

2000N

，牽引力做功為

5×10⁷

J．
③試計算這種汽車燃油的能量轉(zhuǎn)化效率．

Answer 1

分析：（1）內(nèi)燃機(jī)是熱機(jī)的一種，是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器；
（2）在使用鎳氫蓄電池組時，消耗電能除了通過電動機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能外，還要照明等，據(jù)此分析回答；
（3）①已知燃油的質(zhì)量5kg，燃油的熱值為4.6×10⁷J/kg，根據(jù)Q_放=mq可求出燃油放出的熱量；
②由圖象可知，車速為50km/h時，阻力是2000N，牽引力也是2000N，由速度50km/h和時間0.5h，根據(jù)S=Vt求出距離，根據(jù)W=FS求出做的功；
③已知蓄電池組儲存的電能由最大值的80%增加到最大值，可求出轉(zhuǎn)化成的電能，這樣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)η=

W有用

W總

求出內(nèi)燃機(jī)的效率．

解答：解：
（1）內(nèi)燃機(jī)工作時，是燃油燃燒時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
（2）汽車上的電機(jī)（充當(dāng)電動機(jī)）的額定功率應(yīng)該小于蓄電池的額定功率30kW，在使用鎳氫蓄電池組時，除了轉(zhuǎn)化為機(jī)械能外，還要轉(zhuǎn)化為光能用來照明；
（3）①燃油放出的熱量：
Q_放=mq=5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁸J，
汽車通過的路程：
S=Vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
由圖象可知，車速為50km/h時，阻力是2000N，牽引力也是2000N，
牽引力做的功：
W₁=FS=2000N×25000m=5×10⁷J，
③蓄電池儲存的電能：
W=30kW?h=1.08×10⁸J；
轉(zhuǎn)化成的電能：
W₂=1.08×10⁸J×（1-80%）=2.16×10⁷J，
所以：
W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.16×10⁷J=7.16×10⁷J，
W_總=Q_放=2.3×10⁸J，
內(nèi)燃機(jī)的效率：
η=

W有用

W總

×100%=

7.16×107J

2.3×108J

×100%≈31%．
故答案為：
（1）內(nèi)；機(jī)械；
（2）小于；蓄電池的額定功率30kW，在使用鎳氫蓄電池組時，除了轉(zhuǎn)化為機(jī)械能外，還要轉(zhuǎn)化為光能用來照明；
（3）①2.3×10⁸；②2000N；5×10⁷③內(nèi)燃機(jī)的效率為31%；

點(diǎn)評：本題綜合考查了熱量的計算以及熱機(jī)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(yùn)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(jī)的效率時，要注意不要忘記轉(zhuǎn)化成的電能的能量．