Question

12．如图所示，在道路上行驶的小轿车质量为1.6t，车轮与路面的总接触面积为0.08m³，当它以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，受到的阻力为600N，每行驶100km消耗汽油量为8L（汽油热值为3.7×10⁷J/L，g取10N/kg）．
（1）汽车在平直公路上匀速行驶时与静止时相比较，运动时对地面的压力小于静止时，运动时与地面的摩擦力大于静止时（填“大于”、“等于”或“小于”）．
（2）求该汽车静止时对路面的压强．
（3）该汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，求汽车的效率．
（4）为什么要对机动车的行驶速度进行限制？

Answer 1

分析 （1）比较车子上下的压强，需要比较车子上下的空气流速，判断流速需要比较空气经过上下的路程．
车子静止在水平面上，车子对路面的压力等于重力．当流线型的车子快速行驶时，产生升力，车子对地面压力减小．
摩擦力的产生条件，是物体之间要发生或已经发生相对运动；
（2）知道汽车的重力和受力面积（四个轮子与地面的接触面积），利用压强公式求汽车对地面压强；
（3）由燃烧值公式Q_放=mq可以求出释放的热量．
求出汽油机消耗汽油所释放的能量，由W=UIt求出产生的电能，然后求出汽油机的效率；
（4）动能的大小与物体的质量和速度有关，且动能越大，其对外所能做的功就越多．

解答 解：（1）汽车行驶时，相同时间内，空气经过上方的路程比下方路程长，流速大，压强小，汽车在压强差下产生向上的升力，汽车对路面的压力减小，小于汽车的重力，故运动时对地面的压力小于静止时；摩擦力的产生，是物体之间要发生或已经发生相对运动，由于汽车静止在地面上，不具备摩擦力产生的条件，所以它没有受到摩擦力的作用，当汽车运动时与地面产生了摩擦力，故运动时与地面的摩擦力大于静止时；
（2）汽车对地面的压力：
F=G=mg=1.6×10³kg×10N/kg=1.6×10⁴N，
汽车对地面压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1.6×1{0}^{4}N}{0.08{m}^{2}}$=2×10⁵Pa；
（3）汽油完全燃烧释放的热量Q_放=mq_汽油=8L×4.6×10⁷ J/kg=3.68×10⁸J；
汽车匀速运动，牵引力与阻力平衡，
由平衡条件得：阻力f=F=600N
W=Fs=600N×100000m=6×10⁷J，
汽油机的效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{6×1{0}^{7}J}{3.68×1{0}^{8}J}$×100%≈16%．
（4）交通部门在不同路段对机动车行驶速度进行限制，这是因为质量一定时，物体的速度越大，物体的动能越大；它能做的功就越多，发生交通事故时造成的损失就越大，所以对机动车的行驶速度要进行限制．
答：（1）小于；大于；（2）该汽车静止时对路面的压强为2×10⁵Pa；（3）汽车的效率为16%；（4）当汽车的速度越快，所具有的动能就越大，它能做的功就越多，发生交通事故时造成的损失就越大，所以对机动车的行驶速度要进行限制．

点评 本题考查了学生对压强公式、速度公式、功的公式、功率公式、二力平衡条件的掌握和运用．