Question

1．为了改善生活条件，小明家新购买了一辆小汽车（如图1所示）．
（1）小汽车的外形设计成流线型（如图1所示），当小汽车在水平路面上高速行驶时对路面的压力比静止时减小（选填“增大”、“减小”或“不变”），其原因是小汽车外型是流线型，当汽车高速行驶时，车身上方空气流速大、压强小，小汽车受到了一个向上的升力，减小了小汽车对地面的压力．
（2）如图2所示为汽车的启动原理图，当钥匙插入仪表板上的钥匙孔并转动（相当于闭合开关），电动机工作，电磁铁的工作电压小于（选填“小于”“等于”或“大于”）电动机的工作电压．
（3）在寒冷的冬天，若一辆质量为2×10³kg的汽车在一段水平平直路面匀速行驶3.6km，共用了5min，如果汽车受到的牵引力是8000N，求此过程中牵引力所做的功的功率是多大？此过程中重力做功的功率是多大？
（4）若行驶3.6km的同时打开车内的供暖设备，放出了3.4×10⁶J的热量，这段时间内完全燃烧2kg的汽油（汽油的热值是4.6×10⁷J/kg），则该车在这段时间内的能量转化的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）车子静止在水平面上，车子对路面的压力等于重力；当流线型的车子快速行驶时，产生升力，车子对地面压力减小．
（2）钥匙孔与一节电池、电磁铁组成控制电路，电动机与总电源组成工作电路．
（3）根据W=Fs求出牵引力做的功，根据P=$\frac{W}{t}$求出功率；物体在水平路面上行驶，没有在重力方向上移动距离，所以重力对物体不做功；
（2）根据Q=mq求出汽油完全燃烧放出的热量，根据题意求出做有用功的能量，根据η=$\frac{{W}_{有用}}{Q}$求出转化效率．

解答 解：（1）如图，小汽车外型是流线型，当汽车高速行驶时，相同时间内，空气经过上方的路程比下方路程长，上方空气流速大、压强小，下方空气流速小、压强大，汽车在压强差下产生向上的升力，汽车对路面的压力减小，小于汽车的重力．
（2）当钥匙插入仪表板上的钥匙孔并转动（相当于闭合开关），由图可知，电磁铁只用左边一个电源供电；电磁铁吸引衔铁后，电动机用两个电源串联同时供电，所以，电磁铁的工作电压小于电动机的工作电压．
（3）牵引力所做的功：W=Fs=8000N×3600m=2.88×10⁷J；
牵引力做功的功率：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{2.88×1{0}^{7}J}{5×60s}$=9.6×10³W；
汽车在水平路面上行驶，没有在重力方向上移动距离，所以重力对汽车不做功，重力做功的功率为0W；
（2）汽油完全燃烧放出的热量：Q_放=mq=2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁷J，
做有用功的能量：W_有用=2.88×10⁷J+3.4×10⁶J=3.22×10⁷J，
能量转化的效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{Q}$×100%=$\frac{3.22×1{0}^{7}J}{9.2×1{0}^{7}J}$×100%=35%．
答：（1）减小；小汽车外型是流线型，当汽车高速行驶时，车身上方空气流速大、压强小，小汽车受到了一个向上的升力，减小了小汽车对地面的压力；
（2）小于；
（3）此过程中牵引力所做的功的功率是9.6×10³W；此过程中重力做功的功率是0W；
（4）该车在这段时间内的能量转化的效率是35%．

点评 此题主要考查的是学生对流体压强和流速的关系、功、功率、热值、转化效率计算公式的理解和掌握，是一道力学、热学和电学综合题，有一定难度．