Question

1．為了改善生活條件，小明家新購買了一輛小汽車（如圖1所示）．
（1）小汽車的外形設(shè)計成流線型（如圖1所示），當(dāng)小汽車在水平路面上高速行駛時對路面的壓力比靜止時減�。ㄟx填“增大”、“減小”或“不變”），其原因是小汽車外型是流線型，當(dāng)汽車高速行駛時，車身上方空氣流速大、壓強(qiáng)小，小汽車受到了一個向上的升力，減小了小汽車對地面的壓力．
（2）如圖2所示為汽車的啟動原理圖，當(dāng)鑰匙插入儀表板上的鑰匙孔并轉(zhuǎn)動（相當(dāng)于閉合開關(guān)），電動機(jī)工作，電磁鐵的工作電壓小于（選填“小于”“等于”或“大于”）電動機(jī)的工作電壓．
（3）在寒冷的冬天，若一輛質(zhì)量為2×10³kg的汽車在一段水平平直路面勻速行駛3.6km，共用了5min，如果汽車受到的牽引力是8000N，求此過程中牽引力所做的功的功率是多大？此過程中重力做功的功率是多大？
（4）若行駛3.6km的同時打開車內(nèi)的供暖設(shè)備，放出了3.4×10⁶J的熱量，這段時間內(nèi)完全燃燒2kg的汽油（汽油的熱值是4.6×10⁷J/kg），則該車在這段時間內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）車子靜止在水平面上，車子對路面的壓力等于重力；當(dāng)流線型的車子快速行駛時，產(chǎn)生升力，車子對地面壓力減�。�
（2）鑰匙孔與一節(jié)電池、電磁鐵組成控制電路，電動機(jī)與總電源組成工作電路．
（3）根據(jù)W=Fs求出牽引力做的功，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出功率；物體在水平路面上行駛，沒有在重力方向上移動距離，所以重力對物體不做功；
（2）根據(jù)Q=mq求出汽油完全燃燒放出的熱量，根據(jù)題意求出做有用功的能量，根據(jù)η=$\frac{{W}_{有用}}{Q}$求出轉(zhuǎn)化效率．

解答 解：（1）如圖，小汽車外型是流線型，當(dāng)汽車高速行駛時，相同時間內(nèi)，空氣經(jīng)過上方的路程比下方路程長，上方空氣流速大、壓強(qiáng)小，下方空氣流速小、壓強(qiáng)大，汽車在壓強(qiáng)差下產(chǎn)生向上的升力，汽車對路面的壓力減小，小于汽車的重力．
（2）當(dāng)鑰匙插入儀表板上的鑰匙孔并轉(zhuǎn)動（相當(dāng)于閉合開關(guān)），由圖可知，電磁鐵只用左邊一個電源供電；電磁鐵吸引銜鐵后，電動機(jī)用兩個電源串聯(lián)同時供電，所以，電磁鐵的工作電壓小于電動機(jī)的工作電壓．
（3）牽引力所做的功：W=Fs=8000N×3600m=2.88×10⁷J；
牽引力做功的功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{2.88×1{0}^{7}J}{5×60s}$=9.6×10³W；
汽車在水平路面上行駛，沒有在重力方向上移動距離，所以重力對汽車不做功，重力做功的功率為0W；
（2）汽油完全燃燒放出的熱量：Q_放=mq=2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁷J，
做有用功的能量：W_有用=2.88×10⁷J+3.4×10⁶J=3.22×10⁷J，
能量轉(zhuǎn)化的效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{Q}$×100%=$\frac{3.22×1{0}^{7}J}{9.2×1{0}^{7}J}$×100%=35%．
答：（1）減小；小汽車外型是流線型，當(dāng)汽車高速行駛時，車身上方空氣流速大、壓強(qiáng)小，小汽車受到了一個向上的升力，減小了小汽車對地面的壓力；
（2）小于；
（3）此過程中牽引力所做的功的功率是9.6×10³W；此過程中重力做功的功率是0W；
（4）該車在這段時間內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化的效率是35%．

點評 此題主要考查的是學(xué)生對流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系、功、功率、熱值、轉(zhuǎn)化效率計算公式的理解和掌握，是一道力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)綜合題，有一定難度．