Question

15．近幾年政府推出了“汽車下鄉(xiāng)”、“小排氣量購(gòu)置稅減半”、“以舊換新”等政策，極大的促進(jìn)了汽車行業(yè)的發(fā)展，隨著人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)走進(jìn)我們的家庭，小明的爸爸最近也購(gòu)買了一輛轎車．小明利用所學(xué)的物理知識(shí)對(duì)汽車進(jìn)行了一系列探索與研究活動(dòng)：
（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常用循環(huán)流動(dòng)的水來(lái)幫助它散熱，主要是利用了水的比熱容較大的特點(diǎn)．
（2）小明同學(xué)閱讀了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的說(shuō)明書后，將內(nèi)燃機(jī)的能量流向制成如圖甲所示的圖表，請(qǐng)根據(jù)給出的信息，計(jì)算完全燃燒0.2kg的汽油能夠獲得多少J的能量，這些能量能產(chǎn)生多少J的有用功．（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）（寫出計(jì)算過(guò)程）

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
速度/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制動(dòng)距離/m	8	18	32	50

（3）若轎車以60kW的恒定功率啟動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力不變，運(yùn)動(dòng)的速度υ與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示．則在0～5s時(shí)間內(nèi)，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外做功多少J？轎車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力是多少？（寫出計(jì)算過(guò)程）
（4）汽車行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力為F，則燃燒m質(zhì)量的汽油，能使汽車前進(jìn)的距離s為$\frac{0.35qm}{F}$（用前面給出物理量的符號(hào)表示距離，汽油的熱值在本小題中用q表示）

Answer 1

分析 （1）水的比熱容較大，同質(zhì)量的水和其他液體相比，在升高或降低相同的溫度時(shí)，吸收或放出的熱量會(huì)更多，因此，用來(lái)做幫助散熱是利用了水的這一特性；
（2）根據(jù)熱值和汽油的質(zhì)量，用公式Q=qm求出汽油完全燃燒放出的熱量；由能流圖得出轉(zhuǎn)化為有用功的能量占總能量的比值，得出內(nèi)燃機(jī)的效率；根據(jù)W=Q_放×30%求出有用功．
（3）知道發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和做功時(shí)間，利用W=Pt求發(fā)動(dòng)機(jī)做功大��；當(dāng)汽車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引力等于摩擦力，此時(shí)機(jī)車的功率P=fv．
（4）根據(jù)得出的內(nèi)燃機(jī)的效率，根據(jù)W=Q_放×η求運(yùn)行距離．

解答 解：（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常用循環(huán)流動(dòng)的水來(lái)幫助它散熱，主要是利用了水的比熱容較大的特點(diǎn)．
（2）汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，完全燃燒0.2kg的汽油產(chǎn)生的熱量：
Q_放=mq=0.2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁶J；
由圖可知，有用功的能量：100%-30%-30%-5%=35%，
所以η=35%；
因此產(chǎn)生的有用功：W=Q_放×35%=9.2×10⁶J×35%=3.22×10⁶J
（3）因轎車以60kW的恒定功率啟動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，所以轎車發(fā)動(dòng)機(jī)做功W=Pt=6×10⁴W×5s=3×10⁵J；
因?yàn)镻=Fv，由圖示知轎車勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度是v=30m/s；
所以F=$\frac{P}{v}$=$\frac{6×1{0}^{4}W}{30m/s}$=2000N．
由于做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此受到的阻力等于牽引力，即f=F=2000N．
（4）由圖可知，熱機(jī)效率η=35%；
由題知：W=Fs=Q_放×35%=mq×35%=0.35qm，
所以s=$\frac{0.35qm}{F}$．
故答案為：（1）比熱容；
（2）完全燃燒0.2kg的汽油能夠獲得9.2×10⁶J的能量，這些能量能產(chǎn)生3.22×10⁶J的有用功；
（3）在0～5s時(shí)間內(nèi)，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外做功3×10⁵J，轎車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力是2000N；
（4）$\frac{0.35qm}{F}$．

點(diǎn)評(píng) 本題以汽車為切入點(diǎn)綜合考查力學(xué)、熱學(xué)相關(guān)知識(shí)，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、正確選用所學(xué)公式是解題的關(guān)鍵，屬于難題．