Question

4．英國(guó)倫敦展出了新研發(fā)的“偵探獵犬”超音速汽車(chē)，如圖所示．該車(chē)功率極大，最大車(chē)速能達(dá)到1609km/h，創(chuàng)造了短期內(nèi)無(wú)法超越的世界紀(jì)錄．在某一次測(cè)試中，“偵探獵犬”以400m/s的速度勻速直線行駛了5s，受到水平方向的阻力為2×10⁵N．它使用液態(tài)氫作燃料，液態(tài)氫的熱值是1.5×10⁸J/kg，問(wèn)：在測(cè)試過(guò)程中，
（1）汽車(chē)受到水平方向的牽引力是多少？
（2）汽車(chē)牽引力所做的功和功率分別是多少？
（3）汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率為80%，當(dāng)汽車(chē)行駛2km時(shí)，燃燒液態(tài)氫多少kg？

Answer 1

分析 （1）知道“偵探獵犬”勻速直線行駛，處于平衡狀態(tài)，在水平方向上受到的牽引力和阻力為一對(duì)平衡力，據(jù)此求出牽引力的大�。�
（2）知道行駛距離s，根據(jù)W=Fs求汽車(chē)牽引力所做的功；知道勻速行駛的速度，利用公式P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求汽車(chē)牽引力的做功功率；
（3）已知汽車(chē)牽引力做的功和發(fā)動(dòng)機(jī)效率，可以得到燃料完全燃燒放出的熱量；已知燃料完全燃燒放出的熱量及熱值，可以得到需要燃料的質(zhì)量．

解答 解：
（1）因?yàn)椤皞商将C犬”勻速直線行駛，
所以汽車(chē)處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力為一對(duì)平衡力，
所以牽引力：F=f=2×10⁵N；
（2）汽車(chē)牽引力所做的功：W=Fs=2×10⁵N×2000m=4×10⁸J，
汽車(chē)牽引力做功功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=2×10⁵N×400m/s=8×10⁷W；
（3）因?yàn)棣?$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{總}(cāng)}$，
所以燃料完全燃燒放出的熱量為Q_總=$\frac{{W}_{有用}}{η}$=$\frac{4×1{0}^{8}J}{80%}$=5×10⁸J，
因?yàn)镼=mq，
所以需要的燃料為m=$\frac{{Q}_{總}(cāng)}{q}$=$\frac{5×1{0}^{8}J}{1.5×1{0}^{8}J/kg}$≈3.3kg．
答：
（1）汽車(chē)受到水平方向的牽引力是2×10⁵N；
（2）汽車(chē)牽引力所做的功和功率分別是4×10⁸J、8×10⁷W；
（3）需要燃燒的液態(tài)氫的質(zhì)量約3.3kg．

點(diǎn)評(píng) 二力平衡特點(diǎn)的應(yīng)用：一是根據(jù)平衡條件（大小相等、方向相反、作用在一個(gè)物體上、作用在一條直線上）判斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，二是根據(jù)處于平衡狀態(tài)判斷力的大小和方向．