题目内容

16.如图所示为一款国产无人驾驶汽车上路进行测试行驶,该款车以10m/s的速度在一段平直的公路上匀速行驶了3分钟,消耗汽油0.16kg.已知汽油的热值为4.6×107J/kg,该款汽车的发动机效率为30%,在此过程中,求:
(1)若该车消耗的汽油完全燃烧,放出的热量全部被水吸收,可以使多少千克20℃水温度升高到100℃?
(2)该汽车发动机做的有用功是多少?输出功率是多少?
(3)该车匀速行驶时,牵引力是多大?

分析 (1)已知汽油的质量,利用Q放=mq求汽油完全燃烧放出的热量,水吸收的热量和汽油放出的热量相等,求出水温度升高值,再根据Q吸=cm△t的变形式求出水的质量;
(2)利用效率公式η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$的变形公式W=ηQ放可求出牵引力做的功;
知道汽车运动的时间,利用P=$\frac{W}{t}$即可求出功率;
(3)根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv变形求出汽车匀速行驶时,牵引力的大小.

解答 解:
(1)汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=0.16kg×4.6×107J/kg=7.36×106J;
因为Q吸=Q放,
由Q吸=c水m水△t水可知水的质量:
m水=$\frac{{Q}_{吸}}{{c}_{水}△{t}_{水}}$=$\frac{7.36×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/(kg•℃)×(100℃-20℃)}$≈21.9kg;
(2)由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$可得汽车发动机做的有用功:
W=ηQ放=30%×7.36×106J≈2.2×106J;
汽车的输出功率:
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{2.2×1{0}^{6}J}{3×60s}$≈1.2×104W;
(3)由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得汽车匀速行驶时的牵引力:
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{1.2×1{0}^{4}W}{10m/s}$=1.2×103N.
答:
(1)若该车消耗的汽油完全燃烧,放出的热量全部被水吸收,可以使21.9千克20℃水温度升高到100℃.
(2)该汽车发动机做的有用功为2.2×106J;输出功率为1.2×104W;
(3)该车匀速行驶时,牵引力为1.2×103N.

点评 本题考查了学生对燃料完全燃烧放热公式、吸热公式、功、功率的公式的掌握和运用,明确哪些是有用能量、哪些是总能量是本题的关键,要求灵活运用所学公式.

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