Question

5．“生活處處有物理，細(xì)心觀察皆學(xué)問”，同學(xué)們在學(xué)習(xí)時(shí)，要善于把物理知識與生活、學(xué)習(xí)活動有機(jī)地結(jié)合起來．請分析下列幾個問題：

（1）公安部門要求小汽車的司機(jī)和前排的乘客必須使用安全帶，這主要是為了防止緊急剎車時(shí)由慣性帶來的危害；當(dāng)汽車在平直公路上勻速直線行駛時(shí)，汽車所受到的合力為0N．
（2）如下圖所示為生活中常用的熱水瓶，注入一定量的熱水后，立即蓋上軟木塞，軟木塞常會跳起來．圖丙中（選填“乙”或“丙”）汽油機(jī)的工作過程與軟木塞跳起這一現(xiàn)象能量的轉(zhuǎn)化是相同的． 若該單缸汽油機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速是1800r/min，則它每秒鐘內(nèi)做了15次功．
（3）若有兩臺汽油機(jī)A和B，A的功率為B功率的3倍，A的效率為20%，B的效率為25%，那么A、B兩汽油機(jī)每小時(shí)耗油量之比為15：4．
（4）小中在家里通過光亮的瓷磚地面看到了掛在天花板上的吊燈，他看到的其實(shí)是吊燈的虛（填“實(shí)”或“虛”）像，如果吊燈到地面的距離是3m，則像到吊燈的距離為6m．

Answer 1

分析 （1）物體由于慣性要保持原來的運(yùn)動狀態(tài)．物體靜止或勻速直線運(yùn)動時(shí)受到平衡力的作用，平衡力的合力為零．
（2）瓶內(nèi)熱水蒸發(fā)產(chǎn)生大量水蒸氣，水蒸氣膨脹對瓶塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；汽油機(jī)的四個沖程中，壓縮沖程機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．
內(nèi)燃機(jī)的一個工作循環(huán)包括四個沖程，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次．
（3）要求甲乙的每小時(shí)的耗油量之比，首先要表示出每臺汽油機(jī)在1小時(shí)內(nèi)消耗的汽油，然后利用表達(dá)式之比去求其耗油量之比．
汽油機(jī)每小時(shí)的耗油量可用汽油機(jī)每小時(shí)消耗的總能量除以汽油的熱值來表示．
汽油機(jī)消耗的總能量可以利用汽油機(jī)做的有用功除以熱機(jī)的效率．
題目中告訴的汽油機(jī)的功率為轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的功率，即有用功率．有用功率乘以1小時(shí)就是其在1小時(shí)內(nèi)所做的有用功．
由此入手即可表示出汽油機(jī)在1小時(shí)的耗油量，從而可以得到答案．
（4）光亮的瓷磚相當(dāng)于平面鏡，依據(jù)平面鏡成像的特點(diǎn)可知，成的像是虛像，像與物到鏡面的距離相等．

解答 解：（l）物體由于慣性要保持原來的運(yùn)動狀態(tài)，司機(jī)和乘客與汽車一起運(yùn)動，當(dāng)汽車突然停止，司機(jī)和乘客由于慣性要保持原來的運(yùn)動狀態(tài)，容易沖出車外發(fā)生事故．小汽車的司機(jī)和前排的乘客必須使用安全帶；
汽車在平直公路上勻速直線行駛時(shí)，一定受到平衡力的作用，平衡力的合力為零．
（2）瓶塞跳起來，機(jī)械能增大，這是由于暖瓶內(nèi)氣體膨脹做功造成的，水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成瓶塞的機(jī)械能；
汽油機(jī)在做功沖程中，氣缸內(nèi)高溫氣體膨脹推動活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．
乙中的兩個氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動，所以為壓縮沖程，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，丙中的兩個氣門都關(guān)閉，活塞下運(yùn)動，所以為做功沖程．
故圖丙中汽油機(jī)的工作過程與軟木塞跳起這一現(xiàn)象能量的轉(zhuǎn)化是相同的． 
由題知，飛輪每秒轉(zhuǎn)數(shù)為：
n=$\frac{1800s}{60}$=30r，
因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的一個工作循環(huán)包括四個沖程，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次，
所以，此汽油機(jī)每秒鐘內(nèi)完成60個沖程，對外做功15次．
（3）設(shè)A的功率為P_A，B的功率為P_B，效率為η_A，效率為η_B，汽油的熱值為q，做功時(shí)間為t，
A在時(shí)間t內(nèi)做的有用功：W_A=P_At．
則由題意知：$\frac{{P}_{A}}{{P}_{B}}$=3，$\frac{{η}_{A}}{{η}_{B}}$=$\frac{4}{5}$，
A在時(shí)間t內(nèi)消耗的總能量：Q_A=$\frac{{W}_{A}}{{η}_{A}}$=$\frac{{P}_{A}t}{{η}_{A}}$．
A在時(shí)間t內(nèi)的耗油量：m_A=$\frac{Q}{q}$=$\frac{{P}_{A}t}{{η}_{A}q}$．
同理可以得到乙在時(shí)間t內(nèi)的耗油量的表達(dá)式：m_乙=$\frac{{P}_{B}t}{{η}_{B}q}$．
甲乙兩汽油機(jī)在相同時(shí)間（包括1h）內(nèi)的耗油量之比就等于兩表達(dá)式之比：$\frac{{m}_{A}}{{m}_{B}}$=$\frac{{P}_{A}t}{{η}_{A}q}$：$\frac{{P}_{B}t}{{η}_{B}q}$=$\frac{{P}_{A}t{η}_{B}q}{{P}_{B}t{η}_{A}q}$=$\frac{{P}_{A}{η}_{B}}{{P}_{B}{η}_{A}}$=$\frac{3×5}{4}$=15：4．
（4）光亮的瓷磚相當(dāng)于平面鏡，它能成天花板上的吊燈的像，像是由于光的反射形成的，即反射光線的反向延長線會聚而成，所以是虛像；
像與物到鏡面距離相等，吊燈到地面的距離是3m，吊燈的像離地面上也應(yīng)是3m；則像到吊燈的距離為3m+3m=6m；
故答案為：
（1）慣性；0；
（2）丙；15；
（3）15：4；
（4）虛；6．

點(diǎn)評 此題涉及到的知識點(diǎn)較多，綜合性很強(qiáng)，考察相當(dāng)全面，在此題中，如何將汽油機(jī)的耗油量表示出來也是一個難點(diǎn)．明確汽油機(jī)的功率在這里指的是有用功率是解決此題的關(guān)鍵．