Question

12．近几年政府推出了“汽车下乡”、“小排气量购置税减半”、“以旧换新”等政策，极大的促进了汽车行业的发展，随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车．小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动：

实验次数	1	2	3	4	5
速度/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制动距离/m	8	18	32	50

（1）汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的比热容较大的特点．
（2）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够获得多少的能量？这些能量能产生多少有用功？（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）（写出计算过程）
（3）若轿车以80kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度υ与时间t的关系如图乙所示．则在0～5s时间内，轿车发动机对外做功多少J？（写出计算过程）
（4）汽车行驶时发动机燃烧m质量的汽油，产生的牵引力为F，热机的效率是η，能使汽车前进的距离s为$\frac{mqη}{F}$（用前面给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）
（5）通过测量获得轿车以不同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），数据如表所示：根据表中数据所反映的规律可知，当轿车速度为120km/h时对应的制动距离是72m．

Answer 1

分析 （1）水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多．
（2）根据热值和汽油的质量，用公式Q=qm求出汽油完全燃烧放出的热量；由能流图得出转化为有用功的能量占总能量的比值，得出内燃机的效率；根据W=Q_放×30%求出有用功．
（3）知道发动机的功率和做功时间，利用W=Pt求发动机做功大小；当汽车匀速运动时，牵引力等于摩擦力，此时机车的功率P=fv．
（4）汽车行驶时做的有用功可以利用W=FS来表示，汽车消耗的总能量Q可以用：Q=mq表示，利用内燃机的效率将两者联系起来，从而可以表示出汽车前进的距离．
（5）由对表格中速度和制动距离的关系的分析我们可以得出制动距离应与速度的平方成正比，则可得速度为120km/h时的制动距离．

解答 解：（1）因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以汽车发动机常用循环流动的水来帮助散热．
（2）汽油的热值为4.6×10⁷J/kg，完全燃烧0.2kg的汽油产生的热量：
Q_放=mq=0.2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁶J；
由图可知，有用功的能量：100%-30%-33%-7%=30%，
因为η=30%；
因此产生的有用功：W=Q_放×30%=9.2×10⁶J×30%=2.76×10⁶J
（3）因轿车以80kW的恒定功率启动做直线运动，所以轿车发动机做功W=Pt=8×10⁴W×5s=4×10⁵J；
（4）由题意知：汽车行驶时发动机产生的牵引力是F，燃烧汽油的质量为m，汽油的热值是q，汽油机的效率为η，汽车通过的距离设为S．
由此可以得到完全燃烧质量为m的汽油产生的总能量：Q=mq，
有效利用的能量：Q_有=Qη=mqη----①，
有效利用的能量对汽车做功，即W=Q_有----②，
牵引力对汽车做的功W=FS----③，
联立①②③式解得：S=$\frac{mqη}{F}$．
（5）通过对1、2、3、4的分析可知速度越大制动距离越大，即制动距离一定与速度有关，但明显不是正比关系．故可以想到可能与速度的平方成正比，通过计算可知制动距离的确与速度的平方成正比：
则由$\frac{（40km/h）^{2}}{8m}$=$\frac{（120km/h）^{2}}{s}$得：120km/h的制动距离为72m．
故答案为：（1）比热容；
（2）完全燃烧0.2kg的汽油能够获得多少9.2×10⁶J的能量，这些能量能产生多少2.76×10⁶J的有用功；
（3）在0～5s时间内，轿车发动机对外做功多少4×10⁵J；（4）$\frac{mqη}{F}$；  （5）72．

点评 本题以汽车为切入点综合考查力学、热学相关知识，灵活运用所学知识、正确选用所学公式是解题的关键，属于难题．