Question

12．我国自行生产的混合动力汽车已经服务于生活，混合动力汽车由一台内燃机和一台电机组成，这台电机既可以充当电动机驱动汽车，又可以充当发电机给蓄电池充电．混合动力汽车启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过电机向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，向车轮输送能量，并通过电机给蓄电池充电．
（1）内燃机工作时，汽油燃烧时释放出的内能转化为汽车的机械能和蓄电池的化学能．
（2）某种型号的混合动力汽车，所用的镍氢蓄电池组的部分参数如表所示．测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.5h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车消耗燃油5kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的电能由最大值的80%增加到最大值．燃油的热值为4.6×10⁷J/kg．汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示．则汽车发动机的牵引力做功为5×10⁷J．蓄电池获得的电能为2.16×10⁷J．

输出电压/V	300
额定功率/kW	30
最大容量/kW•h	30
质量/kg	320

（3）经测试计算，这种汽车燃油的能量转化效率为31.1%．

Answer 1

分析 （1）内燃机是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的机器；蓄电池充电是将电能转化为化学能；
（2）①知道汽车匀速行驶的速度和时间，根据s=vt求出行驶的路程，由图象可知车速为50km/h时受到的阻力，汽车匀速行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力，二力大小相等，根据W=Fs求出汽车发动机的牵引力做的功；
②由表格数据可知蓄电池组的最大容量和已经储存的电能，两者的差值即为蓄电池获得的电能；
（3）根据Q=mq求出燃油完全燃烧释放的热量，获取的有用能量为汽车发动机的牵引力做的功和获得的电能之和，利用效率公式这种汽车燃油的能量转化效率．

解答 解：（1）内燃机工作时，汽油燃烧时释放出的内能转化为汽车的机械能，给蓄电池充电时转化为化学能；
（2）①由v=$\frac{s}{t}$可得，汽车行驶的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
由图象可知，车速为50km/h时，阻力f=2000N，
因汽车匀速行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力，
所以，牵引力F=f=2000N，
则汽车发动机的牵引力做的功：
W₁=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
②由表格数据可知，蓄电池储存的最大电能为30kW•h，已经储存的电能30kW•h×80%，
则蓄电池获得的电能：
W₂=30kW•h-30kW•h×80%=6kW•h=6×3.6×10⁶J=2.16×10⁷J；
（3）燃油放出的热量：
Q_放=mq=5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁸J，
获得的有用能量：
W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.16×10⁷J=7.16×10⁷J，
这种汽车燃油的能量转化效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{7.16×1{0}^{7}J}{2.3×1{0}^{8}J}$×100%≈31.1%．
故答案为：
（1）机械；化学；
（2）5×10⁷；2.16×10⁷；
（3）31.1%．

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．