Question

3．某款油电混合动力小汽车，具有省油、能量利用率高等特点，其相关信息如表．在某次水平道路测试中，该车以中速匀速行驶170km，共消耗汽油10L．测试过程中，内燃机既向车轮提供能量，又向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送，此时，内燃机和电动机共同驱动车辆前进．之后，工作人员又进行了制动测试，描绘出了制动距离（从刹车开始到车停止的距离）与制动时的速度关系图象，如图所示．

驱动模式	纯电动	启动、低速
	油电混动	中速
	纯燃油	高速
汽车质量	1200kg
车轮与地面总接触面积	0.096m2

（1）由图象可知，车速越大，制动距离越长．
（2）该车空载静止时，对水平地面的压强是多少？（g取10N/kg）
（3）在水平道路中速匀速行驶测试中，若平均阻力为1000N，牵引力做的功是多少？
（4）在水平道路中速匀速行驶测试中，若该车内燃机的效率为53%，此过程最终使蓄电池增加了多少能量？（忽略蓄电池和电动机的热损失，ρ_汽油取0.7×10³kg/m³，q_汽油=4.6×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）由图象可知，汽车的速度越大，制动距离越长；
（2）已知汽车的质量，利用G=mg求其重力；汽车对地面的压力等于重力，求出总接触面积（受力面积），利用p=$\frac{F}{S}$求对水平地面的压强；
（3）匀速行驶时，汽车的牵引力与所受到的阻力为一对平衡力，由W=Fs解题．
（4）根据密度公式变形可求得汽油的质量，利用Q=mq可求得汽油完全燃烧放出的热量，再利用内燃机的效率可求得有用能量，然后可知蓄电池增加了多少能量．

解答 解：（1）由图象可知，汽车的速度越大，停车距离会随着反应距离的变长而变长，即制动距离越长；
（2）汽车的重力：
G=mg=1200kg×10N/kg=12000N，
汽车静止时对水平地面的压力：
F=G=12000N
受力面积S=0.096m²，
该车空载静止时，对水平地面的压强p=$\frac{F}{S}$=$\frac{12000N}{0.096{m}^{2}}$=1.25×10⁵Pa；
（3）由题可知，汽车做匀速直线运动，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小是相等的，
可得牵引力F_牵=f=1000N，汽车牵引力做的功W_机械=F_牵s=1000N×1.7×10⁵J=1.7×10⁸J．
（4）由ρ=$\frac{m}{V}$可知，车消耗汽油的质量m_汽油=ρ_汽油V=0.7×10³kg/m³×10×10^-3m³=7kg，
汽油完全燃烧放出的热量Q_放=mq=7kg×4.6×10⁷J/kg=3.22×10⁸J，
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$可得，内燃机输出的有用能量W_有用=Q_放η=3.22×10⁸J×53%=1.7066×10⁸J；
最终蓄电池增加的能量W=W_有用-W_机械=1.7066×10⁸J-1.7×10⁸J=6.6×10⁵J．
答：（1）大；
（2）该车空载静止时，对水平地面的压强是1.25×10⁵Pa；
（3）在水平道路中速匀速行驶测试中，若平均阻力为1000N，牵引力做的功是1.7×10⁸J．
（4）此过程最终使蓄电池增加了6.6×10⁵J能量．

点评 本题为力学综合题，考查了密度公式及其变形的应用、压强、功、热量、热机效率的计算，考查得很全面，要求灵活应用相关公式，注意单位统一．