Question

2．隨著人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)走進(jìn)我們的家庭．小林的爸爸最近也購買了一輛轎車．

（1）“轎車不但要吃油，有時(shí)也要喝水”，汽油是不可再生（選填“可再生”或“不可再生”）能源，用水冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)是因?yàn)樗�的比熱容大，在發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作后一段時(shí)間內(nèi)，水箱中水的內(nèi)能會(huì)增大，這是通過熱傳遞方式來改變內(nèi)能的．
（2）下列四個(gè)實(shí)驗(yàn)中（圖2所示），其能量轉(zhuǎn)化方式與圖1所示汽油機(jī)對(duì)應(yīng)沖程類似的是A．
（3）轎車在上坡時(shí)，將檔位換成低速檔，以減小行駛的速度，這樣做的目的是D．
A．安全B．省油   C．減小行駛時(shí)的阻力    D．增大爬坡的牽引力
（4）小林通過測量獲得轎車以不同速度行駛時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離（即從操縱制動(dòng)剎車到車停下來的距離），數(shù)據(jù)如表所示：

速度v/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制動(dòng)距離s/m	8	18		50	72

根據(jù)表中數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律，當(dāng)轎車速度為80km/h時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離是32m．
（5）小林通過上網(wǎng)查到了這種轎車的輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖3所示．小林又向爸爸詢問了一些實(shí)測數(shù)據(jù)：轎車行駛的路況好，平均車速為100km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min，平均油耗為9L/100km，參考圖中的數(shù)據(jù)，分析這輛汽車在這種狀態(tài)下行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為32.6%．（已知汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，密度為0.8×10³kg/m³）
（6）太陽能汽車?yán)�用太陽能來�?qū)動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)了零排放，有效地減少了對(duì)環(huán)境的污染．汽車頂部所安裝的太陽能電池板的有效面積為6m²，太陽光照射到地面時(shí)單位面積上的輻射功率為1.2×10³W/m²，如將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為15%，則電池的輸出功率為1080W，如果這輛汽車的電動(dòng)機(jī)將電能最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%，當(dāng)汽車在水平面上勻速行駛時(shí)，受到的牽引力為80N，則汽車的行駛速度為38.88km/h．

Answer 1

分析 （1）能在自然界源源不斷的獲得的是可再生能源；在短時(shí)間內(nèi)不能在自然界獲得補(bǔ)充的屬于不可再生能源．與其它液體相比，水的比熱容最大，在質(zhì)量和升高的溫度相同時(shí)，水吸收的熱量最多．改變物體內(nèi)能有兩個(gè)方法：做功和熱傳遞．其中做功改變內(nèi)能本質(zhì)是機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，熱傳遞改變內(nèi)能本質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．
（2）由進(jìn)氣門和排氣門的關(guān)閉和打開情況、活塞的上行和下行情況來判斷是哪個(gè)沖程；汽油機(jī)四個(gè)沖程中壓縮沖程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，排氣和吸氣沖程沒有能的轉(zhuǎn)化．
（3）對(duì)于汽車來說，其最大功率是一定的，由P=Fv可知，只有減小速度，才能得到更大的牽引力，更有利于上坡；
（4）由對(duì)表格中速度和制動(dòng)距離的關(guān)系的分析我們可以得出制動(dòng)距離應(yīng)與速度的平方成正比，則可得速度為80km/h時(shí)的制動(dòng)距離；
（5）由圖讀出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)的輸出功率，根據(jù)W=Pt求出每小時(shí)對(duì)外所做的有用功，根據(jù)Q=mq=ρVq求出汽油完全燃燒釋放的熱量，根據(jù)η=$\frac{W}{Q}$×100%求出發(fā)動(dòng)機(jī)的效率．
（6）太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為15%，據(jù)此求出電能的功率；太根據(jù)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率可計(jì)算出其機(jī)械功率，再根據(jù)公式P=Fv可得出汽車運(yùn)行的速度．

解答 解：
（1）從能源可否再生的角度看，汽油來源于石油，石油是經(jīng)過幾百萬年的演變形成的，汽油是從石油中提煉出來的，屬于不可再生能源；
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，不可避免地產(chǎn)生很多熱量，這些熱量如不及時(shí)帶走會(huì)影響機(jī)器的正常工作．由公式Q=cm△t知，在質(zhì)量和升高的溫度相同時(shí)，與其它液體比較，因?yàn)樗�的比熱最大，所以吸收的熱量最多，冷卻效果最好．發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量傳遞到水，所以水的內(nèi)能增加．這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的．
（2）A、電火花發(fā)生器點(diǎn)火后將盒蓋頂出，此時(shí)燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化機(jī)械能，故與題目中的情境相同，故A正確；
B、滾擺向下運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能增加，重力勢能減小，所以是重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程，故B錯(cuò)誤；
C、向下壓縮空氣引火儀，即將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為儀器內(nèi)部空氣的內(nèi)能，所以是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，故C錯(cuò)誤；
D、酒精燈加熱杯中冷水，這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的，故D錯(cuò)誤；
故選A．
（3）由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的變形式F=$\frac{P}{v}$可知，汽車的最大功率一定時(shí)，減小行駛速度時(shí)，可以獲得更大的牽引力，故選D．
（4）通過對(duì)1、2、4、5的分析可知，速度越大制動(dòng)距離越大，即制動(dòng)距離一定與速度有關(guān)，但明顯不是正比關(guān)系，
故可以想到可能與速度的平方成正比，通過計(jì)算可知制動(dòng)距離的確與速度的平方成正比，
所以有$\frac{{（40km/h）}^{2}}{8}$=$\frac{（80km/h）^{2}}{s}$，
解得：80km/h的制動(dòng)距離為32m；
（5）由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可知：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，其輸出功率約為30kW，
每小時(shí)對(duì)外所做的有用功：
W=Pt=30×10³W×3600s=1.08×10⁸J；
行駛100km消耗的汽油是9L=9dm³=9×10^-3m³，則完全燃燒釋放的熱量：
Q=mq=ρVq=0.8×10³kg/m³×9×10^-3m³×4.6×10⁷J/kg=3.312×10⁸J，
發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.312×1{0}^{8}J}$×100%≈32.6%．
（6）太陽光照射到地面時(shí)單位面積上的輻射功率為1.2×10³W/m²，如將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為15%，則電池的輸出功率為P=P_太陽能η=1.2×10³W/m²×6m²×15%=1080W；
因?yàn)殡娔茏罱K轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為80%，所以P_機(jī)械=P×η′=1080W×80%=864W；
由公式P=Fv可得汽車的行駛速度：
v=$\frac{{P}_{機(jī)械}}{F}$=$\frac{864W}{80N}$=10.8m/s=38.88km/h．
故答案為：（1）不可再生；比熱容；增大；熱傳遞；（2）A；（3）D；（4）32；（5）32.6；（6）1080；38.88．

點(diǎn)評(píng) 本題通過家用轎車為載體，考查了學(xué)生對(duì)有關(guān)熱機(jī)的計(jì)算和能量的轉(zhuǎn)化、水的比熱容較大的特點(diǎn)、改變內(nèi)能的方法、功率公式的應(yīng)用、總功工作、效率公式的應(yīng)用等，知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，屬于難題，要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)！