Question

倫敦奧運會期間，一種環保混合動力汽車穿梭于各場館之間，混合動力汽車啟動時，內燃機并不工作，蓄電池通過某種方式向車輪輸送能量；當需要高速行駛或蓄電池儲存電能過低時，內燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，也可以同時給蓄電池充電；當車輛需要全力加速時，內燃機和蓄電池還可以同時向車輪輸送能量．
一測試人員駕駛該車在平直公路上勻速行駛0.5h，觀察儀表盤，發現這段時間內汽車內燃機消耗燃油 4.475kg，車速為50km/h，蓄電池組儲存的能量由最大值的60%增加到80%，蓄電池組儲存的能量的最大值為1.08×10⁸J．從汽車使用技術手冊中，測試人員發現該車使用的燃油的熱值為4.0×10⁷J/kg，汽車行駛時所受阻力f和車速v的關系如圖所示．
（1）混合動力車啟動時，蓄電池的______能轉化為汽車______能．
（2）根據圖象，該車在測試過程中受到了阻力為多少？
（3）該車在測試過程中內燃機的牽引力所做功是多少？功率是多大？（結果取整數）
（4）試計算該汽車內燃機的效率（不計內燃機機械傳動及充電過程中的能量損失）．

Answer 1

【答案】分析：（1）混合動力車啟動時，蓄電池的化學能轉化為機械能；
（2）由圖象求出汽車的行駛速度為50km/h時，汽車受到的阻力；
（3）汽車勻速運動，處于平衡狀態，由平衡條件求出汽車的牽引力，
由速度公式的變形公式求出汽車行駛的距離，根據公式W=Fs求出牽引力做的功，然后求出汽車的功率；
（4）已知燃油的質量4.475kg，燃油的熱值為4.0×10⁷J/kg，根據Q放=mq可求出燃油放出的熱量，已知蓄電池組儲存的電能由最大值的60%增加到80%，可求出轉化成的電能，這樣被有效利用的能量為做的功和轉化成的電能之和，最后根據效率公式求出內燃機的效率．
解答：解：（1）混合動力車啟動時，蓄電池把儲存的化學能轉化為汽車機械能；
（2）由圖象可知，當汽車的速度為50km/h時，汽車受到的阻力為2000N；
（3）汽車做勻速運動，由平衡條件得：
汽車牽引力F=f=2000N，
∵v=，
∴汽車通過的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
牽引力做的功：
W₁=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
牽引力的功率P==≈27778W；
（4）轉化成的電能：
W₂=1.08×10⁸J×（80%-60%）=2.16×10⁷J，
所以：W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.16×10⁷J=7.16×10⁷J，
燃油放出的熱量：
Q_放=mq=4.475kg×4.0×10⁷J/kg=1.79×10⁸J，
W_總=Q_放=1.79×10⁸J，
內燃機的效率：
η=×100%=×100%=40%．
答：（1）混合動力車啟動時，蓄電池的化學能轉化為汽車機械能．
（2）該車在測試過程中受到了阻力為2000N．
（3）該車在測試過程中內燃機的牽引力所做功是為5×10⁷J；功率是27778W．
（4）該汽車內燃機的效率為40%．
點評：本題綜合考查了熱量的計算以及熱機的效率，也是一道生活中的物理題，有其實用價值．對公式的把握和運用是基礎，只要讀好題，總體來說本題難度不大．在計算內燃機的效率時，要注意不要忘記轉化成的電能的能量．