Question

20．一辆氢气动力试验汽车的质量为1.5×10³kg，10min内汽车在平直路面上匀速行驶了1.2×10⁴m，消耗了0.15kg的氢气．此过程汽车发动机产生的牵引力为1.0×10³N，行驶时汽车轮胎与地面接触的总面积为0.1m²（氢气的热值取1.4×10⁸J/kg，g取10N/kg）．求：
  （1）汽车对地面的压强；
  （2）牵引力做功的功率；
  （3）汽车发动机的效率．

Answer 1

分析 （1）汽车对水平地面的压力和自身的重力相等，根据F=G=mg求出其大小，根据p=$\frac{F}{S}$求出对水平地面的压强；
（2）知道汽车行驶的牵引力和行驶的路程，根据W=F_牵s求出牵引力做功，根据P=$\frac{W}{t}$计算牵引力做功的功率；
（3）根据Q_放=mq求出氢气完全燃烧放出的热量，根据η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$求出汽车发动机的效率．

解答 解：（1）汽车对水平地面的压力：
F=G=mg=1.5×10³kg×10N/kg=1.5×10⁴N，
对水平地面的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1.5×1{0}^{4}N}{0.1{m}^{2}}$=1.5×10⁵Pa；
（2）牵引力所做的功：
W=F_牵s=1.0×10³N×1.2×10⁴m=1.2×10⁷J；
牵引力做功的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{1.2×1{0}^{7}J}{10×60s}$=2×10⁴W；
（3）氢气完全燃烧放出的热量：
Q_放=mq=0.15kg×1.4×10⁸J/kg=2.1×10⁷J，
汽车发动机的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$=$\frac{1.2×1{0}^{7}J}{2.1×1{0}^{7}J}$×100%≈57.1%．
答：（1）汽车对地面的压强为1.5×10⁵Pa；
（2）牵引力做功的功率为2×10⁴W；   
（3）汽车发动机的效率为57.1%．

点评 此题主要考查了重力、压强、功、功率、热值、效率计算公式的计算，知识点较多，综合性较强．