Question

14．“可燃冰”被視為21世紀(jì)的新型綠色能源．可燃冰的主要成份是甲烷，1m³可燃冰可轉(zhuǎn)化生成160m³的甲烷氣體和0.8m³的水（甲烷的熱值為3.6×10⁷J/m³）．如果公交車(chē)滿載乘客時(shí)總質(zhì)量是6000kg，1m³可燃冰產(chǎn)生的能量，可供公交車(chē)滿載時(shí)以36km/h的速度勻速行駛20h，則這段時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸入功率為（即輸入能量的總功率）8×10⁵W．如果在行駛中公交車(chē)受到的平均阻力為車(chē)重的0.05倍，則發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的效率為37.5%．

Answer 1

分析 （1）知道甲烷氣體的體積和熱值，利用Q=qV計(jì)算甲烷氣體完全燃燒放出的熱量；
若這些熱量全部被以液化天然氣（LNG）做燃料（其主要成分是甲烷）的公交車(chē)使用，即W=Q_放，則根據(jù)P=$\frac{W}{t}$即可求功率．
（2）知道汽車(chē)的速度，利用s=vt求公交車(chē)行駛路程；由于汽車(chē)勻速行駛，所以汽車(chē)的牽引力等于阻力；利用W=Fs求牽引力做的功（有用功），再利用效率公式求發(fā)動(dòng)機(jī)效率．

解答 解：
（1）由題意可得，甲烷氣體完全燃燒放出的熱量：
Q_放=q_甲烷V=3.6×10⁷J/m³×160m³=5.76×10⁹J；
輸入的總能量W=Q_放；
發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸入功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{5.76×1{0}^{9}J}{20×3600s}$=8×10⁵W，
（2）公交車(chē)行駛路程：
s=vt=36km/h×20h=720km=7.2×10⁵m，
因?yàn)楣�交�?chē)勻速行駛，
所以公交車(chē)受到的牽引力：
F=f=0.05G_車(chē)=0.05mg=0.05×6000kg×10N/kg=3×10³N，
牽引力做的有用功：
W_有用=Fs=3×10³N×7.2×10⁵m=2.16×10⁹J，
發(fā)動(dòng)機(jī)效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{2.16×1{0}^{9}J}{5.76×1{0}^{9}J}$×100%=37.5%．
故答案為：8×10⁵；37.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題為力學(xué)、熱學(xué)的綜合題，考查了學(xué)生對(duì)速度公式、燃料完全燃燒放熱公式、功的公式、功率公式、效率公式的掌握和運(yùn)用，知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，屬于難題，要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)求解．