Question

20．隨著汽油稅費改革，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．
（1）通過查看說明書得知轎車車身質(zhì)量為1725kg．當車上載有195kg的人和物品時，車輪與地面的總接觸面積為4.0×10^-2m²，試求轎車對地面的壓強．
（2）在設(shè)計汽車發(fā)動機時，既要考慮能量的利用效率，也是考慮發(fā)動機的冷卻問題．為了防止發(fā)動機過熱，汽車的冷卻系統(tǒng)常用水的循環(huán)來降低發(fā)動機的溫度．在發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)中共有5kg的水，在冷卻過程中水溫升高了50℃，所吸收的熱量是多少？
（3）若轎車以90kW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)系如圖所示．則轎車運動過程中受到的阻力是多少？
（4）汽油在汽車發(fā)動機汽缸內(nèi)燃燒時，如果每分鐘釋放1.2×10⁷J的能量，發(fā)動機的輸出功率是90kW，則此汽車發(fā)動機的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）轎車對地面的壓力等于車、人和物品的重力之和，根據(jù)G=mg求出其大小，然后根據(jù)p=$\frac{F}{S}$求出轎車對地面的壓強；
（2）已知水的質(zhì)量與升高的溫度，由熱量公式可以求出水吸收的熱量；
（3）由圖可知轎車勻速直線運動時的速度，根據(jù)P=Fv求出牽引力的大小，再根據(jù)勻速直線運動時阻力和牽引力是一對平衡力求出阻力的大小；
（4）根據(jù)W=Pt求出每分鐘發(fā)動機輸出的功，又已知汽油每分鐘釋放的能量，根據(jù)效率公式求出汽車發(fā)動機的效率．

解答 解：（1）轎車對地面的壓力：
F=G=（m+m_車）g=（195kg+1725kg）×9.8N/kg=18816N；
轎車對地面的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{18816N}{4.0×1{0}^{-2}{m}^{2}}$=4.704×10⁵Pa．
（2）水吸收的熱量：
Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×5kg×50℃=1.05×10⁶J；
（3）由圖可知轎車勻速直線運動時，v=30m/s，則
牽引力F=$\frac{P}{v}$=$\frac{90×1{0}^{3}W}{30m/s}$=3000N，
轎車勻速直線運動時阻力和牽引力是一對平衡力，
所以轎車運動過程中受到的阻力f=F=3000N．
（4）轎車每分鐘發(fā)動機輸出的功：
W_輸出=Pt=90×10³W×60s=5.4×10⁶J，
此汽車發(fā)動機的效率：
η=$\frac{{W}_{輸出}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{5.4×1{0}^{6}J}{1.2×1{0}^{7}J}$×100%=45%．
答：（1）轎車對地面的壓強為4.704×10⁵Pa．
（2）水溫升高了50℃，所吸收的熱量為1.05×10⁶J；
（3）轎車運動過程中受到的阻力是3000N；
（4）此汽車發(fā)動機的效率是45%．

點評 本題考查了學生對重力公式、熱量的計算公式、壓強公式、力與運動的關(guān)系、功率公式、效率公式的掌握和應(yīng)用，關(guān)鍵是知道水平面上物體的壓力和自身的重力相等以及運動過程阻力不變這一條件的應(yīng)用．