Question

3．如圖為我國自行生產的高性能汽油和電力混合動力車，若以汽油為動力，在平直的公路上勻速行駛時，輸出功率恒為P=50KW，電動機效率為80%，過程中所受阻力大小為3600N．
（1）則汽車勻速行駛時的速度為多少m/s？
（2）當油箱內汽油耗完時，汽車改電力為動力，則汽車行駛時電池將化學能轉化為電能供電動機使用．汽車在行駛時對路面的壓力比靜止時減小（選填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）若某次行駛中汽車消耗電能4.6kW•h，則若用效率為25%的燃油汽車需要多少kg的汽油？（汽油熱值為4.6×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）汽車勻速行駛時，根據二力平衡條件可知汽車受到的牽引力和阻力是一對平衡力，大小相等，
又知道汽車的輸出功率，根據P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的變形公式v=$\frac{P}{F}$求汽車勻速行駛時的速度；
（2）①電池提供電能時是把儲存的化學能轉化電能；
②車子靜止在水平面上，車子對路面的壓力等于重力；當流線型的車子快速行駛時，產生升力，車子對地面壓力減小；
（3）知道某次行駛中消耗電能和電動機效率，根據W_機=ηW_電求出轉化的機械能，即汽油完全燃燒得到的有用能量，
又知道燃油效率，根據Q_放=$\frac{W}{{η}^{′}}$求出汽油完全燃燒放出的熱量，再利用m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$求出汽車消耗的汽油質量；

解答 解：（1）汽車勻速行駛時，根據二力平衡條件可知，
汽車受到的牽引力與阻力是一對平衡力，大小相等，
即：F=f=3600N，
輸出功率恒為P=50kW=5×10⁴W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，汽車勻速行駛時的速度：
v=$\frac{P}{F}$=$\frac{5×1{0}^{4}N}{3600N}$≈13.9m/s．
（2）汽車行駛時電池將化學能轉化為電能供電動機使用．
小汽車外型是流線型，當汽車高速行駛時，相同時間內，空氣經過上方的路程比下方路程長，
即上方空氣流速大，壓強小，汽車在壓強差下產生向上的升力，汽車對路面的壓力減小，小于汽車的重力．
（3）汽車消耗電能W_電=4.6kW•h=1.656×10⁷J，
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{電}}$×100%得，電動機轉化的機械能：
W_有用=ηW_電=80%×1.656×10⁷J=1.3248×10⁷J，
即汽油完全燃燒獲取的有用能量；
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$×100%得，汽油完全燃燒放出的熱量：
Q_放=$\frac{{W}_{有用}}{{η}^{′}}$=$\frac{1.3248×1{0}^{7}J}{25%}$=5.2992×10⁷J，
由Q_放=mq得，需要汽油的質量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.2992×1{0}^{7}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$=1.152kg．
答：（1）汽車勻速行駛時的速度為13.9m/s；
（2）化學；減小；
（3）若用效率為25%的燃油汽車需要1.52kg的汽油．

點評 本題以高性能汽油和電力混合動力車為背景，考查了功率計算公式的應用、能量轉化、流體壓強和流速的關系、效率公式的應用，涉及到的知識點多、綜合性強，要求認真審題，靈活運用所學知識解題．