Question

16．小明的爸爸新買來了一輛小汽車，如圖所示，這輛汽車勻速行駛144km，用時2h，消耗汽油9kg，其發動機的功率23kW，請運用所學的知識解答下列問題．（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）
（1）汽車靜止在水平地面上時，汽車對地面的壓力和所受的支持力不是（選填“是”或“不是”）一對平衡力．
（2）汽車勻速行駛時所受的牽引力是多大？
（3）汽車發動機的效率是多少？
（4）觀察小汽車的外形，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）根據二力平衡的條件：作用在同一物體上的兩個力，大小相等、方向相反、作用在同一直線上，即可做出判斷；
（2）知道汽車發動機的功率和行駛時間，根據P=$\frac{W}{t}$的變形公式W=Pt可求發動機牽引力做的功，
再利用W=Fs的變形公式F=$\frac{W}{s}$可求汽車勻速行駛時所受的牽引力；
（3）根據Q_放=mq求出汽油完全燃燒放出的熱量（總能量），利用效率公式η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%求出汽油機的效率；
（4）靜止時對地面的壓力等于汽車自身的重力，高速行駛時，根據流體壓強與流速的關系即可解釋這個問題．

解答 解：（1）汽車靜止在水平地面上時，汽車對地面的壓力和所受的支持力不是一對平衡力，而是一對相互作用力．
（2）發動機的功率P=23kW=2.3×10⁴W，工作時間t=2h=7200s，
由P=$\frac{W}{t}$得，發動機牽引力做的功：
W=Pt=2.3×10⁴W×7200s=1.656×10⁸J，
汽車行駛的路程s=144km=1.44×10⁵m，
由W=Fs得，汽車受的牽引力：
F=$\frac{W}{s}$=$\frac{1.656×1{0}^{8}J}{1.44×1{0}^{5}m}$=1150N．
（3）9kg汽油完全燃燒放出的熱量：
Q_放=mq=9kg×4.6×10⁷J/kg=4.14×10⁸J，
汽車發動機的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%
=$\frac{1.656×1{0}^{8}J}{4.14×1{0}^{8}J}$×100%
=40%．
（4）根據小汽車的外形，當小汽車高速行駛時，汽車上方的空氣流速大于下方的空氣流速，
所以上方的壓強小于下方的壓強，從而產生向上的壓力差，減小了對地面的壓力，
故小汽車在水平路面靜止時對地面壓力大．
答：（1）不是；
（2）汽車勻速行駛時所受的牽引力是1150N；
（3）汽車發動機的效率是40%；
（4）小汽車在水平路面靜止時對地面壓力大；
根據小汽車的外形，當小汽車高速行駛時，汽車上方的空氣流速大于下方的空氣流速，
所以上方的壓強小于下方的壓強，從而產生向上的壓力差，減小了對地面的壓力．

點評 本題考查了平衡力的辨別、功的計算、效率的計算及流體壓強與流速的關系等知識，涉及內容較多，關鍵是公式及其變形的靈活運用，并結合相關知識點進行分析解答，是中考熱點．