Question

15．小明的爸爸新買(mǎi)了一輛小汽車(chē)，如圖所示，小明坐著這輛汽車(chē)勻速行駛144km，用時(shí)2h，消耗汽油9kg，其發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為23kW．請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解答下列問(wèn)題．（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）
（1）汽車(chē)勻速行駛時(shí)所受的牽引力是多大？
（2）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是多少？
（3）觀(guān)察小汽車(chē)的外型，判斷小汽車(chē)在水平路面高速行駛和靜止時(shí)，對(duì)地面壓力哪一個(gè)大？為什么？

Answer 1

分析 （1）已知汽車(chē)的功率和行駛的時(shí)間，根據(jù)公式W=Pt可求發(fā)動(dòng)機(jī)做的功；再利用公式F=$\frac{W}{F}$可求出汽車(chē)勻速行駛時(shí)所受的牽引力；
（2）已知消耗的汽油的質(zhì)量，根據(jù)Q=mq可求出汽油完全燃燒釋放的能量，根據(jù)η=$\frac{W}{Q}$×100%求出汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率；
（3）靜止時(shí)對(duì)地面的壓力等于汽車(chē)自身的重力，高速行駛時(shí)，用流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系可以解釋這個(gè)問(wèn)題．

解答 解：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為23kW=2.3×10⁴W，工作時(shí)間t=2h=7200s，
由P=$\frac{W}{t}$得，發(fā)動(dòng)機(jī)做的功：
W=Pt=2.3×10⁴W×7200s=1.656×10⁸J，
汽車(chē)勻速行駛的距離s=144km=1.44×10⁵m，
由W=Fs得，汽車(chē)所受的牽引力：
F=$\frac{W}{s}$=$\frac{1.656×1{0}^{8}J}{1.44×1{0}^{5}m}$=1150N；
（2）汽油完全燃燒釋放的能量：
Q=mq=9kg×4.6×10⁷J/kg=4.14×10⁸J；
則汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{1.656×1{0}^{8}J}{4.14×1{0}^{8}J}$×100%=40%；
（3）靜止時(shí)對(duì)路面的壓力大；因?yàn)楦咚傩旭倳r(shí)，汽車(chē)上表面的空氣流速大，上方的空氣對(duì)汽車(chē)的壓強(qiáng)小，使汽車(chē)受到一個(gè)向上托起的力．
答：（1）汽車(chē)勻速行駛時(shí)所受的牽引力是1150N；
（2）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是40%；
（3）靜止時(shí)對(duì)路面的壓力大；因?yàn)楦咚傩旭倳r(shí)，汽車(chē)上表面的空氣流速大，上方的空氣對(duì)汽車(chē)的壓強(qiáng)小，使汽車(chē)受到一個(gè)向上托起的力．

點(diǎn)評(píng) 此題考查了功、功率的計(jì)算及熱機(jī)的效率，同時(shí)還涉及到了流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，考查的面很廣，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，是一道很好的綜合性題目．