Question

20．氫能被視為未來的理想清潔能源，如果汽車發動機使用氫能源來工作，效率可以達到60%．若一輛小汽車在平直公路上以30m/s的速度勻速行駛720km，行駛時受到的阻力為8.4×10²N．（q_氫=1.4×10⁸J/kg）求：
（1）行駛所用時間；
（2）牽引力做功；
（3）消耗氫的質量．

Answer 1

分析 （1）已知速度和路程，利用速度公式v=$\frac{s}{t}$的變形，可求時間；
（2）從題中獲取牽引力F的大小與力F方向上的距離s，根據功的定義式W=Fs計算牽引力做的功；
（3）根據效率η=$\frac{W}{Q}$求出汽車需要的總能量Q；根據熱量Q與熱值q的關系：Q=mq求出燃料的質量m．

解答 解：（1）已知，s=720km=7.2×10⁵m，v=30m/s，
由v=$\frac{s}{t}$，
得t=$\frac{s}{v}$=$\frac{720000m}{30m/s}$=2.4×10⁴s；
（2）因為小汽車在平直公路上勻速行駛
所以有，F=f=8.4×10²N，
牽引力做的功，W=Fs=8.4×10²N×7.2×10⁵m=6.048×10⁸J；
（3）由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$，
得，Q_放=$\frac{W}{η}$=$\frac{6.048×1{0}^{8}J}{60%}$=1.008×10⁹J
因為Q_放=mq  
所以有，m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.008×1{0}^{9}J}{1.4×1{0}^{8}J/kg}$=7.2kg．
答：（1）行駛所用時間為2.4×10⁴s；
（2）牽引力做功為6.048×10⁸J；
（3）消耗氫的質量7.2kg．

點評 考查的知識點多，需要熟記各公式及其意義，本題運算量大，計算時要準確．