Question

9．我國(guó)自行生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車已經(jīng)面世，混合動(dòng)力汽車由一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)和一臺(tái)電機(jī)組成，這臺(tái)電機(jī)既可以充當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，又可以充當(dāng)發(fā)電機(jī)給蓄電池充電．汽車啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)不工作，蓄電池通過電機(jī)向車輪輸送動(dòng)力，使汽車行駛；當(dāng)需要高速行駛或蓄電池儲(chǔ)存電能過低時(shí)，改由內(nèi)燃機(jī)工作，一方面向車輪輸送動(dòng)力，另外通過電機(jī)給蓄電池充電．

輸出電壓/V	300
額定功率/kW	30
最大容量/kW•h	30
質(zhì)量/kg	320

測(cè)試人員駕駛該車在平直公路上以50km/h的速度勻速直線行駛0.5h，汽車消耗汽油5kg，同時(shí)這個(gè)期間測(cè)試人員觀察到：蓄電池組儲(chǔ)存的能量由測(cè)試開始時(shí)最大值的80%增加到了最大值．已知汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg．汽車行駛時(shí)所受阻力f和車速v的關(guān)系如圖所示．
計(jì)算：①牽引力做功為多少；  
 ②這種汽車內(nèi)燃機(jī)中汽油的能量轉(zhuǎn)化效率是多大．

Answer 1

分析 ①知道汽車勻速行駛的速度和時(shí)間，根據(jù)s=vt求出行駛的路程，由圖象可知車速為50km/h時(shí)受到的阻力，汽車勻速行駛時(shí)受到的阻力和牽引力是一對(duì)平衡力，二力大小相等，根據(jù)W=Fs求出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力做的功；
②由表格數(shù)據(jù)可知蓄電池組的最大容量和已經(jīng)儲(chǔ)存的電能，兩者的差值即為蓄電池獲得的電能；
根據(jù)Q=mq求出燃油完全燃燒釋放的熱量，獲取的有用能量為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力做的功和獲得的電能之和，利用效率公式這種汽車燃油的能量轉(zhuǎn)化效率．

解答 解：①由v=$\frac{s}{t}$可得，汽車行駛的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
由圖象可知，車速為50km/h時(shí)，阻力f=2000N，
因汽車勻速行駛時(shí)受到的阻力和牽引力是一對(duì)平衡力，
所以，牽引力F=f=2000N，
則汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力做的功：
W₁=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
②由表格數(shù)據(jù)可知，蓄電池儲(chǔ)存的最大電能為30kW•h，已經(jīng)儲(chǔ)存的電能30kW•h×80%，
由題意可知，蓄電池獲得的電能：
W₂=30kW•h-30kW•h×80%=6kW•h=6×3.6×10⁶J=2.16×10⁷J；
燃油放出的熱量：
Q_放=mq=5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁸J，
獲得的有用能量：
W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.16×10⁷J=7.16×10⁷J，
這種汽車燃油的能量轉(zhuǎn)化效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{7.16×1{0}^{7}J}{2.3×1{0}^{8}J}$×100%≈31.1%．
故答案為：①牽引力做功為5×10⁷J；  
 ②這種汽車內(nèi)燃機(jī)中汽油的能量轉(zhuǎn)化效率是31.1%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了熱量的計(jì)算以及熱機(jī)的效率，也是一道生活中的物理題，有其實(shí)用價(jià)值．對(duì)公式的把握和運(yùn)用是基礎(chǔ)，只要讀好題，總體來說本題難度不大．在計(jì)算內(nèi)燃機(jī)的效率時(shí)，要注意不要忘記轉(zhuǎn)化成的電能的能量．