Question

6．某小汽车在一段平直的公路上匀速行驶11.2km，受到的阻力是3.0×10³N，消耗燃油3.0L（假设燃油完全燃烧）若燃油的密度是0.8×10³kg/m³，热值为4×10⁷J/kg．求：
（1）该汽车在这段路程中牵引力所做的功．
（2）热机的效率．  
（3）并分析热机效率较低的原因．

Answer 1

分析 （1）车匀速运动，牵引力等于阻力，牵引力做的功就是克服阻力做的功；利用功的公式计算即可；
（2）由密度公式变形可求得燃油的质量，利用Q=mq可求得燃油完全燃烧放出的热量，再利用η=$\frac{{Q}_{有}}{{Q}_{总}}$×100%求得热机的效率．
（3）热机的工作过程是燃料燃烧，将化学能转化为内能，然后由内能转化为机械能．因此转化出来的机械能是有效利用的能量，其它方式消化的能量都是损耗掉的能量．从热机的工作过程入手即可分析出热机的效率低的原因．

解答 解：（1）汽车在平直公路上匀速行驶，汽车所受牵引力与阻力是一对平衡力
F_牵=F_阻=3.0×10³N
W=FS=3.0×10³N×11.2×10³m=3.36×10⁷J；
（2）由 ρ=$\frac{m}{V}$可得，
m_油=ρ_油V_油=0.8×10³kg/m³×3×10^-3m³=2.4kg
Q=qm_油=4×10⁷J/kg×2.4kg=9.6×10⁷J，
则η=$\frac{{Q}_{有}}{{Q}_{总}}$×100%=$\frac{3.36×1{0}^{7}J}{9.6×1{0}^{7}J}$×100%=35%．
（3）燃料在气缸内燃烧时，有一部分燃料没有完全燃烧，就随着废气被排到空气中，带走一部分能量；
排气冲程中排出的废气温度很高，带去一部分热能；
热机工作时，气缸机件散热，消耗一部分内能；
热机内相对运动的机件间摩擦做功消耗能量．由于以上能量的损失，导致了热机的效率非常低．
答：（1）汽车在这段路程中牵引力所做的功为3.36×10⁷J；
（2）热机的效率为35%；
（3）①燃料不能完全燃烧；②因克服摩擦消耗能量；③废气带走一部分能量；④因散热的热损失．

点评 本题涉及的物理知识多，有力学知识力的平衡、力做功，热学知识热量的计算以及效率等知识点，学生要熟练掌握物理公式，并灵活的运用到计算中去．