Question

6．隨著人民生活水平的不斷提高，汽車已經走進我們的家庭，小明的爸爸最近也購買了一輛轎車．小明利用所學的物理知識對汽車進行了一系列探索與研究：
（1）汽車發動機一般是柴油機或汽油機，它把燃料燃燒放出的能轉化為機械能，求完全燃燒0.5kg的汽油能夠獲得的能量．（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）
（2）小明同學閱讀了汽車發動機的說明書后，將內燃機的能量流向制成如圖所示的圖表，請根據給出的信息，計算該內燃機的效率η？
（3）該汽車行駛時發動機產生的牽引力是F，若燃燒質量為m、熱值為q的燃料，寫出能使汽車前進的距離的表達式．（用前面給出物理量的符號表示距離）

Answer 1

分析 （1）知道汽油的質量和熱值，利用Q_放=mq求汽油完全燃燒放出的熱量；
（2）由能流圖得出轉化為有用功的能量占總能量的比值，得出內燃機的效率；
（3）知道內燃機的效率和完全燃燒放出的熱量，根據W=ηQ_放求出牽引力所做的功，
然后利用W=Fs的變形公式s=$\frac{W}{F}$求出汽車前進的距離的表達式．

解答 解：
（1）完全燃燒0.5kg的汽油能夠獲得的能量為：Q=mq=0.5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁷J；
（2）由圖標知，燃料釋放的熱量中，33%的熱量以廢氣的形式浪費了，設備損耗占了30%，部件摩擦占7%，剩下的部分是輸出有用功，因此η=100%-33%-30%-7%=30%；
（3）完全燃燒質量為m、熱值為q的汽油所放出的熱量：
Q_放=mq，
由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%得，牽引力所做的功：
W=ηQ_放=ηmq，
由W=Fs得，汽車前進的距離：
s=$\frac{W}{F}$=$\frac{ηmq}{F}$=$\frac{30%mq}{F}$．
答：
（1）完全燃燒0.5kg的汽油能夠獲得的能量2.3×10⁶J；
（2）該內燃機的效率30%；
（3）汽車前進的距離的表達式$\frac{30%mq}{F}$．

點評 本題以汽車為切入點綜合考查力學、熱學相關知識，靈活運用所學知識、正確選用所學公式是解題的關鍵，綜合性強，具有一定的難度．