Question

16．如圖所示為一款國(guó)產(chǎn)無(wú)人駕駛汽車上路進(jìn)行測(cè)試行駛，該款車以10m/s的速度在一段平直的公路上勻速行駛了3分鐘，消耗汽油0.16kg．已知汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，該款汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)效率為30%，在此過(guò)程中，求：
（1）若該車消耗的汽油完全燃燒，放出的熱量全部被水吸收，可以使多少千克20℃水溫度升高到100℃？
（2）該汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做的有用功是多少？輸出功率是多少？
（3）該車勻速行駛時(shí)，牽引力是多大？

Answer 1

分析 （1）已知汽油的質(zhì)量，利用Q_放=mq求汽油完全燃燒放出的熱量，水吸收的熱量和汽油放出的熱量相等，求出水溫度升高值，再根據(jù)Q_吸=cm△t的變形式求出水的質(zhì)量；
（2）利用效率公式η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$的變形公式W=ηQ_放可求出牽引力做的功；
知道汽車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，利用P=$\frac{W}{t}$即可求出功率；
（3）根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv變形求出汽車勻速行駛時(shí)，牽引力的大�。�

解答 解：
（1）汽油完全燃燒放出的熱量：
Q_放=mq=0.16kg×4.6×10⁷J/kg=7.36×10⁶J；
因?yàn)镼_吸=Q_放，
由Q_吸=c_水m_水△t_水可知水的質(zhì)量：
m_水=$\frac{{Q}_{吸}}{{c}_{水}△{t}_{水}}$=$\frac{7.36×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×（100℃-20℃）}$≈21.9kg；
（2）由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$可得汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做的有用功：
W=ηQ_放=30%×7.36×10⁶J≈2.2×10⁶J；
汽車的輸出功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{2.2×1{0}^{6}J}{3×60s}$≈1.2×10⁴W；
（3）由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得汽車勻速行駛時(shí)的牽引力：
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{1.2×1{0}^{4}W}{10m/s}$=1.2×10³N．
答：
（1）若該車消耗的汽油完全燃燒，放出的熱量全部被水吸收，可以使21.9千克20℃水溫度升高到100℃．
（2）該汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做的有用功為2.2×10⁶J；輸出功率為1.2×10⁴W；
（3）該車勻速行駛時(shí)，牽引力為1.2×10³N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)燃料完全燃燒放熱公式、吸熱公式、功、功率的公式的掌握和運(yùn)用，明確哪些是有用能量、哪些是總能量是本題的關(guān)鍵，要求靈活運(yùn)用所學(xué)公式．