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我国自主研制生产的一种环保混合动力汽车,启动时,内燃机并不工作,蓄电池通过某种方式向车轮输送能量;当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时,内燃机启动,既可以向车轮输送能量,也可以同时给蓄电池充电;当车辆需要全力加速时,内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量.一测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶0.5h,观察仪表盘,发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油 5kg,车速为50km/h,蓄电池组储存的能量由最大值的60%增加到80%,蓄电池组储存的能量的最大值为1.0×108J.从汽车使用技术手册中,测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0×107J/kg,汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示.
(1)混合动力车启动时,蓄电池的
化学
化学
能转化为汽车
机械
机械
能.
(2)该车在测试过程中内燃机的牵引力所做功是多少?
(3)试计算该汽车内燃机的效率(不计内燃机机械传动及充电过程中的能量损失).
分析:(1)蓄电池充电是将电能转化为化学能;汽车行驶时具有动能;
(2)由图象知道汽车的行驶速度为50km/h时,受到的阻力为f=2000N,因为汽车匀速行驶,所以发动机牵引力F=f=2000N;再根据v=
s
t
求出汽车行驶的距离,根据公式W=Fs求出牵引力做的功;
(3)已知燃油的质量4.475kg,燃油的热值为4.0×107J/kg,根据Q放=mq可求出燃油放出的热量,已知蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%,可求出转化成的电能,这样被有效利用的能量为做的功和转化成的电能之和,最后根据η=
W有用
W
×100%求出内燃机的效率.
解答:已知:汽车内燃机消耗燃油 m=5kg,车速为v=50km/h,行驶时间t=0.5h,燃油的热值为q=4.0×107J/kg,蓄电池组储存的能量的最大值为W′=1.0×108J
求:(2)内燃机的牵引力所做功W1=?;(3)该汽车内燃机的效率η=?
解:(1)燃料的化学能转化为蓄电池储存的化学能和汽车行驶时的动能;
(2)∵v=
s
t

∴汽车通过的路程:
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m,
由图象可知,车速为50km/h时,阻力是2000N,因为是匀速行驶,所以牵引力也是F=2000N,
牵引力做的功:
W1=Fs=2000N×25000m=5×107J;
(3)转化成的电能:
W2=1.0×108J×(80%-60%)=2.0×107J,
所以:
W有用=W1+W2=5×107J+2.0×107J=7.0×107J,
燃油放出的热量:
Q=mq=5kg×4.0×107J/kg=2×108J,
W=Q=2×108J,
内燃机的效率:
η=
W有用
W
×100%=
7×107J
2×108J
×100%=35%.
答:(1)化学;动;
(2)内燃机的牵引力所做功是5×107J;
(3)汽车内燃机的效率是35%.
点评:本题综合考查了热量的计算以及热机的效率,也是一道生活中的物理题,有其实用价值.对公式的把握和运用是基础,只要读好题,总体来说本题难度不大.在计算内燃机的效率时,要注意不要忘记转化成的电能的能量.
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