Question

13．我国自行生产的混合动力汽车已经服务于生活．混合动力汽车启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过某种方式向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量．
（1）汽车发动机的气缸体和汽缸盖的内外壳间有个“水套”，冷却液在其间循环，以防止汽车发动机过热．
①冷却液的主要成分是水，这时因为水的比热容较大；
②在汽车开始行驶的一段时间内，冷却液温度逐渐升高，它的内能会增大（选填“增大”、“减小”或“不变”），这是通过热传递的方式改变冷却液的内能．
（2）如图1，已知某台混合动力汽车车身质量为1200kg，每个轮胎与地面的接触面200cm²，如果该车停放在水平路面上，则该车对水平地面的压强是1.5×10⁵Pa．（g取10N/kg）
（3）如表是该混合动力汽车所用的镍氢蓄电池组的部分参数，则蓄电池组最多可储存电能1.08×10⁸J．

电压/V	300
功率/W	30
容量/Ah	100

（4）测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.5h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油4.475kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%．从汽车使用技术手册中，测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0×10⁷J/kg．汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图2所示．
①内燃机若完全燃烧燃油4.475kg能放出热量1.79×10⁸J．
②车速为50km/h时汽车发动机的牵引力大小为2000N．
③该汽车燃油的能量转化效率为40%（不计内燃机外机械传动及充电过程中的能量损失）．

Answer 1

分析 （1）①水的比热容较大，质量相同的水和其它液体相比较，升高相同的温度时，吸收的热量多；吸收或放出相同的热量时，温度变化较小，因此常用来做冷却剂、取暖剂等；
②改变内能的方式有做功和热传递，热传递是能量的转移过程，做功是能量的转化过程，两种方式是等效的；
（2）该车对水平地面的压力和自身的重力相等，受力面积为4个轮胎与地面的接触面之和，根据p=$\frac{F}{S}$求出对地面的压强；
（3）根据W=UIt求蓄电池组最多可储存电能；
（3）①根据Q=mq求内燃机若完全燃烧燃油4.475kg放出的热量；
②根据二力平衡的条件，结合图2得出结论；
③求出行驶过程中充入的电能和行驶0.5h做的机械功之和，根据η=$\frac{W}{Q}$×100%求出内燃机的效率．

解答 解：（1）①因为水的比热容大，温度升高的慢，可以用水来降低汽缸体的温度；
②汽缸外有一个水套，让汽缸被冷却液包围着，冷却液从汽缸吸收热量，内能增加，这是通过热传递的方式改变冷却液的内能；
（2）因水平面上物体的压力和自身的重力相等，
所以，该车对水平地面的压强：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{1200kg×10N/kg}{4×200×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.5×10⁵Pa；
（3）该蓄电池组储存的电能为：
W=UIt=300V×100A×3600s=1.08×10⁸J
（4）①内燃机若完全燃烧燃油4.475kg能放出的热量是：
Q=mq=4.475kg×4.0×10⁷J/kg=1.79×10⁸J
②分析图可知：车速为50km/h时，受到的阻力为2000N，又因为车做匀速直线运动，在水平方向上受到平衡力的作用，所以F=f=2000N；
③行驶过程中充入的电能W₁=W×（80%-60%）=1.08×10⁸J×（80%-60%）=2.16×10⁷J
车行驶的路程为：s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
行驶机械功：W₂=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
内燃机的效率为：η=$\frac{{W}_{1}{+W}_{2}}{Q}$=$\frac{2.16×1{0}^{7}J+5×1{0}^{7}J}{1.79×1{0}^{8}J}$=40%
故答案为：（1）①比热容较大；②增大；热传递；（2）1.5×10⁵；（3）1.08×10⁸；
（4 ）①1.79×10⁸；②2000；③40%．

点评 本题考查了水的比热容较大的特点和改变物体内能的方法、压强的计算、二力平衡的条件的应用、电功和效率的计算等，涉及到的知识点较多，综合性较强，正确理解题意是解题的关键，有一定难度．