Question

2．一種環(huán)保混合動力汽車穿梭于各場館之間，混合動力汽車啟動時，內燃機并不工作，蓄電池通過某種方式向車輪輸送能量；當需要高速行駛或蓄電池儲存電能過低時，內燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，也可以同時給蓄電池充電；當車輛需要全力加速時，內燃機和蓄電池還可以同時向車輪輸送能量．一測試人員駕駛該車在平直公路上勻速行駛0.5h，觀察儀表盤，發(fā)現這段時間內汽車內燃機消耗燃油 4.475kg，車速為50km/h，蓄電池組儲存的能量由最大值的60%增加到80%，蓄電池組儲存的能量的最大值為1.08×10⁸J．從汽車使用技術手冊中，測試人員發(fā)現該車使用的燃油的熱值為4.0×10⁷J/kg，汽車行駛時所受阻力f和車速v的關系如圖所示．
（1）內燃機工作時，做功沖程內能轉化為汽車機械能．蓄電池充電時相當于用電器（電源、用電器）
（2）根據圖象，該車在測試過程中受到了阻力為多少？
（3）該車在測試過程中內燃機的牽引力所做功是多少？
（4）試計算該汽車內燃機的效率（不計內燃機機械傳動及充電過程中的能量損失）．

Answer 1

分析 （1）內燃機工作時，在壓縮沖程中，機械能轉化為內能，在做功沖程中，將內能轉化為機械能；蓄電池充電時，將電能轉化為蓄電池的化學能；
（2）由圖象求出汽車的行駛速度為50km/h時，汽車受到的阻力；
（3）汽車勻速運動，處于平衡狀態(tài)，由平衡條件求出汽車的牽引力，由速度公式的變形公式求出汽車行駛的距離，根據公式W=Fs求出牽引力做的功；
（4）已知燃油的質量4.475kg，燃油的熱值為4.0×10⁷J/kg，根據Q_放=mq可求出燃油放出的熱量，已知蓄電池組儲存的電能由最大值的60%增加到80%，可求出轉化成的電能，這樣被有效利用的能量為做的功和轉化成的電能之和，最后根據效率公式求出內燃機的效率．

解答 解：
（1）燃機工作時，在做功沖程中，將內能轉化為機械能；蓄電池充電時，蓄電池為用電器，將電能轉化為蓄電池的化學能；
（2）由圖象可知，當汽車的速度為50km/h時，汽車受到的阻力為2000N；
（3）汽車做勻速運動，由平衡條件得：
汽車牽引力F=f=2000N，
由v=$\frac{s}{t}$得汽車通過的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
牽引力做的功：
W₁=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
（4）轉化成的電能：
W₂=1.08×10⁸J×（80%-60%）=2.16×10⁷J，
所以：W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.16×10⁷J=7.16×10⁷J，
燃油放出的熱量：
Q_放=mq=4.475kg×4.0×10⁷J/kg=1.79×10⁸J，
W_總=Q_放=1.79×10⁸J，
內燃機的效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{7.16×1{0}^{7}J}{1.79×1{0}^{8}J}$×100%=40%．
故答案為：
（1）內；機械；用電器；
（2）該車在測試過程中受到了阻力為2000N．
（3）該車在測試過程中內燃機的牽引力所做功是為5×10⁷J；
（4）該汽車內燃機的效率為40%．

點評 本題綜合考查了熱量的計算以及熱機的效率，也是一道生活中的物理題，有其實用價值．對公式的把握和運用是基礎，只要讀好題，總體來說本題難度不大．在計算內燃機的效率時，要注意不要忘記轉化成的電能的能量．