Question

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在我国随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进了很多普通农村家庭，最近小王家也购买了一辆小汽车．小王十分高兴，将汽车里里外外看了个遍，并且进行了认真的思考，发现汽车上许多地方都用到了物理知识，下面就是他思考的问题，请你帮他补充完整．
（1）汽车发动机是汽油机，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，如果水箱中装有5kg的水，当水温从10℃升高20℃时，需要吸收的热量为

4.2×10⁵

J．
（3）通过查看说明书得知轿车车身质量为1725kg．当车上载有275kg的人和物品时，车轮与地面的总接触面积为4.0×10^-2m²，轿车对地面的压强为

5×10⁵

Pa．（g取10N/kg）
（4）若轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动速度v与时间t的关系如图乙所示，则在0～50s时间内，轿车发动机所做的功为

4.5×10⁵

J，轿车在运动过程中受到的阻力为

3×10³

N．
（5）若汽车油箱的容积为60dm³，装的是密度为0.71×10³kg/m³、热值为4.6×10⁷J/kg的汽油，当该车以20m/s的速度匀速行驶100km时所消耗的汽油为5kg，汽车发动机的输出的功率为12kW，则汽车发动机的效率为多少？

26.1%

（6）通过测量获得轿车以不同的速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离）数据如下表所示：

实验次数	1	2	3	4	5
速度/（km/h）	40	60	80	100	120
制动距离/m	8	18		50	72

当轿车以80km/h行驶时所对应的制动距离为

32

m．

Answer 1

分析：（1）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，气体对外做功，将内能转化为机械能；
（2）水的比热容大，和其它物质比较，升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多；知道水的质量、水的比热容、水温度的升高值，利用吸热公式Q_吸=cm△t求水吸收的热量；
（3）已知汽车、人、货物质量和汽车与地面的接触面积，利用重力公式和压强公式求汽车对地面的压强；
（4）知道轿车以90kW的恒定功率做直线运动，利用W=Pt求轿车发动机做功，再利用P=Fv求汽车牵引力，而汽车匀速行驶、受平衡力，根据二力平衡条件求汽车受到的阻力；
（5）已知行驶的距离和速度，根据速度的变形公式可求所用的时间，再根据公式W=Pt可求汽车的有用功；根据公式Q=qm可求释放的能量，有用功与释放能量的比值就是发动机的热机效率；
（6）第n次实验，速度v_n，制动距离m_n，根据表中数据所反映的规律为：m_n=0.1×（n+1）×v_n，利用此规律计算即可．

解答：解：（1）汽油机的做功冲程中，将内能转化为机械能；
（2）因为水的比热容大，和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以汽车上的散热器用水作为冷却剂；
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×5kg×20℃=4.2×10⁵J；
（3）车、人、货物的总质量：
m=1725kg+275kg=2000kg，
∵在水平路面上
∴汽车对地面的压力：
F=G=mg=2000kg×10N/kg=20000N，
汽车对地面的压强：
p=

F

S

=

20000N

4.0×10-2m2

=5×10⁵Pa；
（4）轿车发动机做功：
W=Pt=90×10³W×50s=4.5×10⁶J，
由图示知轿车匀速运动的速度是v=30m/s；
∴根据P=Fv可得，轿车运动过程中受到的阻力：
f=F′=

P

v

=

90×103W

30m/s

=3×10³N；
（5）根据v=

s

t

可得，行驶时间：
t′=

s′

v′

=

100×103m

20m/s

=5000s，
汽车的有用功：
W_有=P′t′=12×10³W×5000s=6×10⁷J，
释放的能量：
Q=m″q=5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁸J；
发动机的效率：
η=

W有

Q

×100%=

6×107J

2.3×108J

×100%≈26.1%；
（6）第n次实验，速度v_n，制动距离m_n，
则m_n=0.1×（n+1）×v_n=0.1×（3+1）×80m=32m．
故答案为：
（1）内；机械；
（2）比热容；4.2×10⁵；
（3）5×10⁵；
（4）4.5×10⁵；3×10³；
（5）26.1%；
（6）32．

点评：本题为力学和热学综合题，涉及到的知识点多、综合性强，要求灵活选用所学知识分析求解，并能依据表格中的参数和相关图象通过选择有用的信息来进行分析，具有一定的难度．