Question

13．随着经济水平的不断提高，小汽车越来越多地走进了我市普通家庭．如表为小军家小汽车的相关数据：

总质量：1600kg	额定功率：100kW
车轮与地面的总接触面积：8.0×10-2m2	水箱容量：5L

（1）汽车发动机是汽油机，从能源可否再生角度来看，汽油是不可再生能源；发动机工作时，做功冲程将内能转化为机械能．
（2）汽车上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的比热容较大的性质，当水箱装满水，水温升高20℃时，需要吸收的热量为4.2×10⁵J．（c_水=4.2×10³J/（kg℃））
（3）该车静止在水平地面上时，对地面的压强为2×10⁵ Pa．（g=10N/kg）
（4）大多数轿车的外形纵截面类似于飞机机翼的纵截面（俗称“流线型”），如图． 这样形状的轿车高速行驶时，对地面的压力会减小，出现“发飘”现象，具有一定的危险性，用所学过的物理知识分析其产生的原因是小汽车的形状上面凸起，下面平直，在水平路面上高速行驶时，流过上方的空气流速快，下方的流速慢，上方的压强小，下方的压强大，产生向上的压力差，减小对地面的压力，出现“发飘”现象．
（5）假若该车在水平路面上以40kW的功率匀速行驶10min，消耗汽油1.5kg，求小汽车发动机的机械效率．（q_汽油=4.6×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）①汽油是从石油中提炼出来的，石油是埋藏在地底下得生物体经过几百万年的时间形成的，在短期内不能从自然界得到补充，是不可再生能源；
②汽油机的做功冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，燃气膨胀对活塞做功，将内能转化为机械能；
（2）水具有较大的比热容是它常被用做冷却剂的原因；知道水的质量、水的比热容、水的温度升高值，利用公式Q_吸=cm△t计算水吸收热量的多少；
（3）汽车静止在水平路面上，对路面的压力等于汽车重，知道受力面积，利用压强公式求汽车对地面的压强；
（4）汽车高速行驶时，由于汽车的向上凸的流线型结构使汽车上方空气的流速大于下方空气的流速，根据流速与压强的关系判断上方压强和下方压强的关系，进一步判断对地面压力的变化．
（5）根据W=Pt求出小汽车以额定功率匀速直线行驶10min牵引力所做的功，再利用Q_放=mq可求出完全燃烧1.5kg汽油放出热量，最后用η=$\frac{W}{Q}$求出小汽车发动机的效率．

解答 解：（1）汽油在短期内不能从自然界中得到补充，是不可再生能源；发动机工作时，在做功冲程中将内能转化为机械能；
（2）汽车散热器用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大的性质；
水的质量：
m=ρV=1×10³kg/m³×5×10^-3m³=5kg，
水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×5kg×20℃=4.2×10⁵J．
（3）汽车对地面的压力：
F=G=mg=1600kg×10N/kg=16000N，
S=8.0×10^-2m²，
汽车对地面的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{16000N}{8.0×{10}^{-2}{m}^{2}}$=2×10⁵Pa；
（4）小汽车的形状上面凸起，下面平直，在水平路面上高速行驶时，流过上方的空气流速快，下方的流速慢，上方的压强小，下方的压强大，产生向上的压力差，减小对地面的压力，出现“发飘”现象．
（5）小汽车以额定功率匀速直线行驶10min牵引力所做的功：
W=Pt=4×10⁴W×10×60s=2.4×10⁷J，
完全燃烧1.5kg汽油放出热量
Q_放=mq=1.5kg×4.6×10⁷J/kg=6.9×10⁷J，
小汽车发动机的效率为：
η=$\frac{W}{Q}$=$\frac{2.4×{10}^{7}J}{6.9×{10}^{7}J}$≈34.8%．
故答案为：
（1）不可再生；做功；
（2）比热容；4.2×10⁵；
（3）2×10⁵；
（4）小汽车的形状上面凸起，下面平直，在水平路面上高速行驶时，流过上方的空气流速快，下方的流速慢，上方的压强小，下方的压强大，产生向上的压力差，减小对地面的压力，出现“发飘”现象；
（5）小汽车发动机的效率为34.8%．

点评 本题以小汽车为背景，考查了能源分类、汽油机四冲程中的能量转化、水的比热容较大的应用、热量的计算、压强的计算、热值、电能的计算、效率的计算，知识点多、综合性强，要求灵活运用所学知识，属于难题．