Question

9．截止到2016年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆．
（1）汽车在给我们的生活提供便利的同时，也给环境造成污染．当汽车行驶过程中冒“黑烟”时，对环境的污染尤为严重，这时发动机的效率将降低（选填“升高”“不变”“降低”）．某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机完成20个工作循环．
（2）为有效地减少环境的污染，科学家研制了利用太阳能来驱动的太阳能汽车，真正实现了零排放．某太阳能汽车如图所示，质量为450kg，顶部安装了太阳能电池．若汽车上的太阳能电池板的有效面积为6m²，它正对太阳时电池能够产生100V的电压，并对车上电动机提供8.4A的电流，太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为1.0×10³W/m²，则电池的输出功率为840W，将太阳能转化为电能的效率为14%，如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平面上匀速行驶时，受到的牵引力为90N，则汽车的行驶速度为7 m/s．

Answer 1

分析 （1）热机的效率是指用来做有用功的能量占燃料完全燃料放出的总能量的百分比，据此结合现象可分析对效率的影响；汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成．在一个工作循环中曲轴转2圈，飞轮转2周，做功一次．
（2）电池的输出功率可利用公式P=UI来进行计算．太阳能转化为电能的效率就是得到的电能占从太阳获得总辐射能量的百分比．根据电能转化为机械能的效率可计算出其机械功率，再根据公式P=Fv可得出汽车运行的速度．

解答 解：（1）冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低；四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，则该飞轮每秒钟转40圈．因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以飞轮转40圈，共20个工作循环，对外做功20次．
（2）电池的输出功率：P_电池=UI=100V×8.4A=840W；
太阳光照射的辐射功率为；P_太阳=1.0×10³W/m²×6m²=6×10³W；
太阳能转化为电能的效率：η=$\frac{{P}_{电磁}}{{P}_{太阳}}$×100%=$\frac{840W}{6000W}$×100%=14%；
因为电能最终转化为机械能的效率为75%，
所以P_机械=P_电池×η′=840W×75%=630W；
由公式P=Fv得|：
v=$\frac{{P}_{机械}}{F}$=$\frac{630W}{90N}$=7m/s．
故答案为：（1）降低；20；（2）840；14%；7．

点评 本题以太阳能汽车为背景中，考查了多个物理知识点，包括能量的转化、效率的公式、功率的公式等，综合性很强，有一定的难度，值得我们关注．