Question

13．近幾年政府推出了“汽車下鄉(xiāng)”、“小排氣量購置稅減半”、“以舊換新”等政策，極大的促進了汽車行業(yè)的發(fā)展，隨著人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)走進我們的家庭，小明的爸爸最近也購買了一輛轎車．小明利用所學(xué)的物理知識對汽車進行了一系列探索與研究活動：

實驗次數(shù)	1	2	3	4	5	6
速度/（km•h-1）	20	40	60	80	100	120
制動距離/m	2	8	18	32	50

（1）汽車發(fā)動機常用循環(huán)流動的水來幫助它散熱，主要是利用了水的比熱容較大的特點．
（2）小明同學(xué)閱讀了汽車發(fā)動機的說明書后，將內(nèi)燃機的能量流向制成如圖甲所示的圖，請根據(jù)給出的信息，計算完全燃燒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）（寫出計算過程）
（3）若轎車以60kW的恒定功率啟動做直線運動，運動過程中受到的阻力不變，運動的速度v與時間t的關(guān)系如圖乙所示．則在0～5s時間內(nèi)，轎車發(fā)動機對外做功多少J？轎車在運動過程中受到的阻力是多少？（寫出計算過程）
（4）汽車行駛時發(fā)動機產(chǎn)生的牽引力為F，則燃燒m質(zhì)量的汽油，能使汽車前進的距離s為$\frac{0.35qm}{F}$（用前面給出物理量的符號表示距離，汽油的熱值在本小題中用q表示）
（5）通過測量獲得轎車以不同速度行駛時對應(yīng)的制動距離（即從操縱制動剎車到車停下來的距離），數(shù)據(jù)如表丙所示：根據(jù)表中數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律可知，當(dāng)轎車速度為120km/h時對應(yīng)的制動距離是72m．

Answer 1

分析 （1）水的比熱容大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，升高相同的溫度，水吸收的熱量多．
（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)燃機的效率；根據(jù)W=Q_放×30%求出有用功．
（3）知道發(fā)動機的功率和做功時間，利用W=Pt求發(fā)動機做功大小；當(dāng)汽車勻速運動時，牽引力等于摩擦力，此時機車的功率P=fv．
（4）根據(jù)得出的內(nèi)燃機的效率，根據(jù)W=Q_放×η求運行距離．
（5）由對表格中速度和制動距離的關(guān)系的分析我們可以得出制動距離應(yīng)與速度的平方成正比，則可得速度為120km/h時的制動距離．

解答 解：（1）因為水的比熱容大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，升高相同的溫度，水吸收的熱量多，所以汽車發(fā)動機常用循環(huán)流動的水來幫助散熱．
（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的恒定功率啟動做直線運動，所以轎車發(fā)動機做功W=Pt=6×10⁴W×5s=3×10⁵J；
由圖示知轎車勻速直線運動時的速度是v=30m/s；
由P=Fv得：F=$\frac{P}{v}$=$\frac{6×1{0}^{4}W}{30m/s}$=2000N；
由于做勻速直線運動，因此受到的阻力等于牽引力，即f=F=2000N．
（4）由圖可知，熱機效率η=35%；
由題知：W=Fs=Q_放×35%=mq×35%=0.35qm，
解得：s=$\frac{0.35qm}{F}$．
（5）通過對1、2、3、4的分析可知速度越大制動距離越大，即制動距離一定與速度有關(guān)，但明顯不是正比關(guān)系．故可以想到可能與速度的平方成正比，通過計算可知制動距離的確與速度的平方成正比：
則由$\frac{（{40km/h）}^{2}}{8m}$=$\frac{（{120km/h）}^{2}}{s}$，
解得：120km/h的制動距離為72m．
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時間內(nèi)，轎車發(fā)動機對外做功3×10⁵J；轎車在運動過程中受到的阻力是2000N；
（4）$\frac{0.35qm}{F}$；
（5）72．

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