Question

13．隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，小汽車越來(lái)越多地走進(jìn)了我市普通家庭．如表為小軍家小汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)：

總質(zhì)量：1600kg	額定功率：100kW
車輪與地面的總接觸面積：8.0×10-2m2	水箱容量：5L

（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是汽油機(jī)，從能源可否再生角度來(lái)看，汽油是不可再生能源；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．
（2）汽車上的散熱器用水作為冷卻劑，這是利用了水的比熱容較大的性質(zhì)，當(dāng)水箱裝滿水，水溫升高20℃時(shí)，需要吸收的熱量為4.2×10⁵J．（c_水=4.2×10³J/（kg℃））
（3）該車靜止在水平地面上時(shí)，對(duì)地面的壓強(qiáng)為2×10⁵ Pa．（g=10N/kg）
（4）大多數(shù)轎車的外形縱截面類似于飛機(jī)機(jī)翼的縱截面（俗稱“流線型”），如圖． 這樣形狀的轎車高速行駛時(shí)，對(duì)地面的壓力會(huì)減小，出現(xiàn)“發(fā)飄”現(xiàn)象，具有一定的危險(xiǎn)性，用所學(xué)過(guò)的物理知識(shí)分析其產(chǎn)生的原因是小汽車的形狀上面凸起，下面平直，在水平路面上高速行駛時(shí)，流過(guò)上方的空氣流速快，下方的流速慢，上方的壓強(qiáng)小，下方的壓強(qiáng)大，產(chǎn)生向上的壓力差，減小對(duì)地面的壓力，出現(xiàn)“發(fā)飄”現(xiàn)象．
（5）假若該車在水平路面上以40kW的功率勻速行駛10min，消耗汽油1.5kg，求小汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率．（q_汽油=4.6×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）①汽油是從石油中提煉出來(lái)的，石油是埋藏在地底下得生物體經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年的時(shí)間形成的，在短期內(nèi)不能從自然界得到補(bǔ)充，是不可再生能源；
②汽油機(jī)的做功沖程中，進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，燃?xì)馀蛎泴?duì)活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
（2）水具有較大的比熱容是它常被用做冷卻劑的原因；知道水的質(zhì)量、水的比熱容、水的溫度升高值，利用公式Q_吸=cm△t計(jì)算水吸收熱量的多少；
（3）汽車靜止在水平路面上，對(duì)路面的壓力等于汽車重，知道受力面積，利用壓強(qiáng)公式求汽車對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（4）汽車高速行駛時(shí)，由于汽車的向上凸的流線型結(jié)構(gòu)使汽車上方空氣的流速大于下方空氣的流速，根據(jù)流速與壓強(qiáng)的關(guān)系判斷上方壓強(qiáng)和下方壓強(qiáng)的關(guān)系，進(jìn)一步判斷對(duì)地面壓力的變化．
（5）根據(jù)W=Pt求出小汽車以額定功率勻速直線行駛10min牽引力所做的功，再利用Q_放=mq可求出完全燃燒1.5kg汽油放出熱量，最后用η=$\frac{W}{Q}$求出小汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率．

解答 解：（1）汽油在短期內(nèi)不能從自然界中得到補(bǔ)充，是不可再生能源；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在做功沖程中將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
（2）汽車散熱器用水作為冷卻劑，是利用了水的比熱容較大的性質(zhì)；
水的質(zhì)量：
m=ρV=1×10³kg/m³×5×10^-3m³=5kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×5kg×20℃=4.2×10⁵J．
（3）汽車對(duì)地面的壓力：
F=G=mg=1600kg×10N/kg=16000N，
S=8.0×10^-2m²，
汽車對(duì)地面的壓強(qiáng)：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{16000N}{8.0×{10}^{-2}{m}^{2}}$=2×10⁵Pa；
（4）小汽車的形狀上面凸起，下面平直，在水平路面上高速行駛時(shí)，流過(guò)上方的空氣流速快，下方的流速慢，上方的壓強(qiáng)小，下方的壓強(qiáng)大，產(chǎn)生向上的壓力差，減小對(duì)地面的壓力，出現(xiàn)“發(fā)飄”現(xiàn)象．
（5）小汽車以額定功率勻速直線行駛10min牽引力所做的功：
W=Pt=4×10⁴W×10×60s=2.4×10⁷J，
完全燃燒1.5kg汽油放出熱量
Q_放=mq=1.5kg×4.6×10⁷J/kg=6.9×10⁷J，
小汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為：
η=$\frac{W}{Q}$=$\frac{2.4×{10}^{7}J}{6.9×{10}^{7}J}$≈34.8%．
故答案為：
（1）不可再生；做功；
（2）比熱容；4.2×10⁵；
（3）2×10⁵；
（4）小汽車的形狀上面凸起，下面平直，在水平路面上高速行駛時(shí)，流過(guò)上方的空氣流速快，下方的流速慢，上方的壓強(qiáng)小，下方的壓強(qiáng)大，產(chǎn)生向上的壓力差，減小對(duì)地面的壓力，出現(xiàn)“發(fā)飄”現(xiàn)象；
（5）小汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為34.8%．

點(diǎn)評(píng) 本題以小汽車為背景，考查了能源分類、汽油機(jī)四沖程中的能量轉(zhuǎn)化、水的比熱容較大的應(yīng)用、熱量的計(jì)算、壓強(qiáng)的計(jì)算、熱值、電能的計(jì)算、效率的計(jì)算，知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，屬于難題．