Question

為了保障學生乘車安全，某校投入使用的新型安全校車（如圖所示）．求：
（1）若校車和學生總質量為9000kg，車輪與地面的接觸總面積為0.15m²，求校車對水平路面的壓強？
（2）在寒冷的冬天，若校車以12m/s的速度在一段平直路面是勻速行駛了5min，校車受到的牽引力是4500N，同時打開車內的供暖設備放出了6.3×10⁶J的內能，這段時間內完全燃燒1.4kg的汽油（汽油的熱值是4.6×10⁷J/kg），則，校車在這段時間內的能量轉化率是多少？
（3）這種校車具有良好的剎車系統(tǒng)，請你就校車急剎車情景提出一個與物理有關的問題，并用所學物理知識解釋．

Answer 1

解：（1）校車對水平路面的壓力：
F=G=mg=9000kg×9.8N/kg=88200N，
∵p=，
∴校車對水平路面的壓強：
p===5.88×10⁵Pa；
（2）∵v=，
∴汽車行駛的路程：
s=vt=12m/s×300s=3600m，
∵W=Fs，
∴牽引力做的功：W₁=Fs=4500N×3600m=1.62×10⁷J，
有用功為：W_有用=W₁+Q=1.62×10⁷J+6.3×10⁶J=2.25×10⁷J；
總功：W_總=mq=1.4kg×4.6×10⁷J/kg=6.44×10⁷J，
∴能量轉化率η=×100%=×100%=35%；
（3）問題1：急剎車時．車內的同學為什么會有向前傾的感覺？
解釋 急剎車時，車內的同學由于具有慣性．仍要向前運動．
問題2：急剎車過程中．能量是怎樣轉化的？
解釋 急剎車過程中，機械能轉化為內能．
問題3：急剎車后．校車輪胎為什么會發(fā)燙？
解釋 急剎車過程中，機械能轉化為內能．使輪胎溫度升高．
答：（1）校車對水平路面的壓強5.88×10⁵Pa；
（2）校車在這段時間內的能量轉化率是35%；
（3）問題：急剎車時．車內的同學為什么會有向前傾的感覺？
解釋 急剎車時，車內的同學由于具有慣性．仍要向前運動．
分析：（1）校車對水平面上的壓力和自身的重力相等，根據(jù)G=mg求出其大小，再根據(jù)壓強公式求出對水平路面的壓強；
（2）首先根據(jù)公式v=求出汽車行駛的路程，根據(jù)公式W=Fs可求汽車行駛過程所做的功，再加上供暖設備放出的內能就是有用功；根據(jù)燃油的熱值和燃燒燃油的質量求出燃油完全燃燒放出熱量就是總功，二者之比就等于校車在這段時間內的能量轉化率；
（3）①慣性是物體的一種特性，是指物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質，任何物體都具有慣性；
②汽車剎車過程，輪胎與地面摩擦，機械能轉化成內能，輪胎溫度升高．
點評：本題考查了壓強、功、燃料完全燃燒釋放的熱量、效率的計算公式的應用和掌握，關鍵是公式和規(guī)律的靈活運用，有一定的綜合性．