Question

8．小明的爸爸新買了一輛小汽車，如圖所示，小明坐著這輛汽車勻速行駛144km，用時2h，消耗汽油9kg，其發(fā)動機(jī)的功率為23kW．請運(yùn)用所學(xué)的知識解答下列問題．（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）
（1）畫出圖中小汽車在發(fā)動前所受力的示意圖；
（2）汽車勻速行駛時所受的牽引力是多大？
（3）汽車發(fā)動機(jī)的效率是多少？
（4）觀察小汽車的外型，判斷小汽車在水平路面高速行駛和靜止時，對地面壓力哪一個大？為什么？

Answer 1

分析 （1）小汽車靜止在水平地面上，受到了平衡力的作用，故小汽車受到了豎直向下的重力和豎直向上的支持力是一對平衡力，大小相等，方向相反．
（2）已知汽車的功率和行駛的時間，根據(jù)公式W=Pt可求發(fā)動機(jī)做的功；再利用公式F=$\frac{W}{s}$可求汽車勻速行駛時所受的牽引力；
（3）已知消耗的汽油的質(zhì)量，根據(jù)公式Q=qm可求釋放的能量，發(fā)動機(jī)做的功與汽油釋放能量的比值就是發(fā)動機(jī)的效率；
（4）靜止時對地面的壓力等于汽車自身的重力，高速行駛時，用流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系可以解釋這個問題．

解答 解：
（1）過小汽車的重心沿豎直向下的方向和豎直向上的方向畫一條帶箭頭、等長的線段，分別表示重力和支持力，并分別用符號G和F表示．如圖所示：

（2）發(fā)動機(jī)做的功：W=Pt=23000W×7200s=1.656×10⁸J
汽車受的牽引力：F=$\frac{W}{s}$=$\frac{1.656×1{0}^{8}J}{144000m}$=1150N；
（3）汽油完全燃燒釋放能量Q=qm=4.6×10⁷J/kg×9kg=4.14×10⁸J；
發(fā)動機(jī)的效率：η=$\frac{W}{Q}$=$\frac{1.656×1{0}^{8}J}{4.14×1{0}^{8}J}$×100%=40%；
（4）靜止時對路面的壓力大，根據(jù)汽車的形狀，當(dāng)汽車高速行駛時，汽車上方的空氣流速大于下方的空氣流速，所以上方的氣壓小于下方的氣壓，因此行駛時，對地面的壓力將減小．
答：（1）見上圖；
（2）汽車勻速行駛時所受的牽引力為1150N；
（3）發(fā)動機(jī)的效率為40%；
（4）靜止時對路面的壓力大，因?yàn)楦咚傩旭倳r，汽車上表面的空氣流速大，對汽車的壓強(qiáng)小，使汽車有一個向上托的力．

點(diǎn)評 本題考查了作力的示意圖、做功、牽引力、能量、效率等的計算，主要是公式及其變形的靈活運(yùn)用，還考查了流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系．