Question

12．近幾年政府推出了“汽車(chē)下鄉(xiāng)”、“小排氣量購(gòu)置稅減半”、“以舊換新”等政策，極大的促進(jìn)了汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，隨著人民生活水平的不斷提高，汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)我們的家庭，小明的爸爸最近也購(gòu)買(mǎi)了一輛轎車(chē)．小明利用所學(xué)的物理知識(shí)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行了一系列探索與研究活動(dòng)：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
速度/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制動(dòng)距離/m	8	18	32	50

（1）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)常用循環(huán)流動(dòng)的水來(lái)幫助它散熱，主要是利用了水的比熱容較大的特點(diǎn)．
（2）小明同學(xué)閱讀了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的說(shuō)明書(shū)后，將內(nèi)燃機(jī)的能量流向制成如圖甲所示的圖表，請(qǐng)根據(jù)給出的信息，計(jì)算完全燃燒0.2kg的汽油能夠獲得多少的能量？這些能量能產(chǎn)生多少有用功？（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
（3）若轎車(chē)以80kW的恒定功率啟動(dòng)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力不變，運(yùn)動(dòng)的速度υ與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示．則在0～5s時(shí)間內(nèi)，轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外做功多少J？（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
（4）汽車(chē)行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒m質(zhì)量的汽油，產(chǎn)生的牽引力為F，熱機(jī)的效率是η，能使汽車(chē)前進(jìn)的距離s為$\frac{mqη}{F}$（用前面給出物理量的符號(hào)表示距離，汽油的熱值在本小題中用q表示）
（5）通過(guò)測(cè)量獲得轎車(chē)以不同速度行駛時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離（即從操縱制動(dòng)剎車(chē)到車(chē)停下來(lái)的距離），數(shù)據(jù)如表所示：根據(jù)表中數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律可知，當(dāng)轎車(chē)速度為120km/h時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離是72m．

Answer 1

分析 （1）水的比熱容大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，升高相同的溫度，水吸收的熱量多．
（2）根據(jù)熱值和汽油的質(zhì)量，用公式Q=qm求出汽油完全燃燒放出的熱量；由能流圖得出轉(zhuǎn)化為有用功的能量占總能量的比值，得出內(nèi)燃機(jī)的效率；根據(jù)W=Q_放×30%求出有用功．
（3）知道發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和做功時(shí)間，利用W=Pt求發(fā)動(dòng)機(jī)做功大��；當(dāng)汽車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引力等于摩擦力，此時(shí)機(jī)車(chē)的功率P=fv．
（4）汽車(chē)行駛時(shí)做的有用功可以利用W=FS來(lái)表示，汽車(chē)消耗的總能量Q可以用：Q=mq表示，利用內(nèi)燃機(jī)的效率將兩者聯(lián)系起來(lái)，從而可以表示出汽車(chē)前進(jìn)的距離．
（5）由對(duì)表格中速度和制動(dòng)距離的關(guān)系的分析我們可以得出制動(dòng)距離應(yīng)與速度的平方成正比，則可得速度為120km/h時(shí)的制動(dòng)距離．

解答 解：（1）因?yàn)樗�的比熱容大，相同質(zhì)量的水和其它物質(zhì)比較，升高相同的溫度，水吸收的熱量多，所以汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)常用循環(huán)流動(dòng)的水來(lái)幫助散熱．
（2）汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，完全燃燒0.2kg的汽油產(chǎn)生的熱量：
Q_放=mq=0.2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁶J；
由圖可知，有用功的能量：100%-30%-33%-7%=30%，
因?yàn)棣?30%；
因此產(chǎn)生的有用功：W=Q_放×30%=9.2×10⁶J×30%=2.76×10⁶J
（3）因轎車(chē)以80kW的恒定功率啟動(dòng)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)做功W=Pt=8×10⁴W×5s=4×10⁵J；
（4）由題意知：汽車(chē)行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力是F，燃燒汽油的質(zhì)量為m，汽油的熱值是q，汽油機(jī)的效率為η，汽車(chē)通過(guò)的距離設(shè)為S．
由此可以得到完全燃燒質(zhì)量為m的汽油產(chǎn)生的總能量：Q=mq，
有效利用的能量：Q_有=Qη=mqη----①，
有效利用的能量對(duì)汽車(chē)做功，即W=Q_有----②，
牽引力對(duì)汽車(chē)做的功W=FS----③，
聯(lián)立①②③式解得：S=$\frac{mqη}{F}$．
（5）通過(guò)對(duì)1、2、3、4的分析可知速度越大制動(dòng)距離越大，即制動(dòng)距離一定與速度有關(guān)，但明顯不是正比關(guān)系．故可以想到可能與速度的平方成正比，通過(guò)計(jì)算可知制動(dòng)距離的確與速度的平方成正比：
則由$\frac{（40km/h）^{2}}{8m}$=$\frac{（120km/h）^{2}}{s}$得：120km/h的制動(dòng)距離為72m．
故答案為：（1）比熱容；
（2）完全燃燒0.2kg的汽油能夠獲得多少9.2×10⁶J的能量，這些能量能產(chǎn)生多少2.76×10⁶J的有用功；
（3）在0～5s時(shí)間內(nèi)，轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外做功多少4×10⁵J；（4）$\frac{mqη}{F}$；  （5）72．

點(diǎn)評(píng) 本題以汽車(chē)為切入點(diǎn)綜合考查力學(xué)、熱學(xué)相關(guān)知識(shí)，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、正確選用所學(xué)公式是解題的關(guān)鍵，屬于難題．