题目内容

12．某摩托车的四冲程汽油发动机效率为25%，汽缸容积为500ml，活塞面积50cm2，做功冲程时，曲轴转速2400r/min时，燃气对活塞表面的压强为106Pa，该车以此转速在平直的公路上匀速行驶前进15km，用油0.8kg，汽油热值为4.5x107J/kg．求：
（1）做功冲程时，活塞受到燃气的作用力？
（2）汽油发动机的功率是多少kw？
（3）摩托车行驶时受到地面的摩擦力？

分析 （1）已知燃气的压强，利用F=PS求热机工作时燃气的压力；
（2）利用W=Fs求一个冲程做的功；曲轴每转两圈对外做功一次，所以1min转动2400周，要做功1200次，求出1min做的总功，再利用功率公式求柴油机的功率；
（3）利用热机效率的计算公式求解摩擦力．

解答 解：
（1）由压$P=\frac{F}{S}$可得：做功冲程时，活塞受到燃气的作用力F=PS=106Pa×50×10-4m2=5000N；
（2）一个做功冲程中活塞的行程$s=\frac{V}{S}=\frac{500c{m}^{3}}{50c{m}^{2}}=10cm$=0.1m；
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W=Fs=5000N×0.1m=500J；
曲轴每转两圈对外做功一次，所以1min转动2400周，要做功1200次，
1min内总共做功W总=W×1200=500J×1200=6×105J，
汽油机发动机的功率$P=\frac{{W}_{总}}{t}=\frac{6×1{0}^{5}J}{60s}=1{0}^{4}$W=10kW；
（3）该车在平直的公路上匀速行驶前进时，受到地面的摩擦力与牵引力相等，即f=F；
此时克服摩擦力做的功为有用功W有用=fS．汽油完全燃烧放出的热量为总功Q放=qm，
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}=\frac{fS}{qm}$可得：摩托车行驶时受到地面的摩擦力f=$\frac{ηqm}{S}=\frac{25%×4.5x1{0}^{7}J/kg×0.8kg}{15×1{0}^{3}km}=600N$．
答：（1）做功冲程时，活塞受到燃气的作用力5000N；
（2）汽油发动机的功率是10kW；
（3）摩托车行驶时受到地面的摩擦力600N．

点评 本题是一道综合题，考查了学生对压强公式、功的公式、功率公式、机械效率公式的掌握和运用，计算时要求单位统一、灵活选用公式．

练习册系列答案
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5．关于液体的压强，下列说法中，正确的是（　　）
A．液体只对容器的底和侧壁有压强B．液体重量、体积越大，液体压强越大
C．液体的密度越大，液体的压强越大D．同一种液体的压强只跟深度成正比
4．小华的质量为50千克，每只脚与地面的接触面积为200cm2，他双脚站立时对水平地面的压力为500N，压强为1.25×104Pa；他走路时对水平地面的压强会变大（选填“变大”、“不变”或“变小”）．
20．实验表明：密度大于液体的固体球，在液体中开始时是竖直加速下沉，但随着下沉速度变大，其所受的阻力也变大，到一定深度后开始匀速下沉．下表是某兴趣小组在探究“固体球在水中竖直匀速下沉时的速度与哪些量有关”实验时得到的数据记录（水的密度ρ水=1.0×103kg/m3）．
次序固体球的半径
r/（×10-3m）		固体球的密度
ρ/（×103kg•m-3）		固体球匀速下沉的速度v/（m•s-1）
10.52.00.55
21.02.02.20
31.52.04.95
40.53.01.10
51.03.04.40
60.54.01.65
71.04.06.60
（1）固体球在水中竖直匀速下沉时受到的力是（填“是”或“不是”）平衡力；若固体球的半径为0.5×10-3m，密度为3.0×103kg/m3，则此球匀速下降时所受到的浮力F浮与阻力f的大小关系为F浮等于f（填“大于”“等于”或“小于”）．
（2）由第1、2、3三组数据可知：密度相同的固体球在水中匀速下沉的速度与固体球的半径平方成正比．
（3）若固体球的半径为2.0×10-3m，密度为3.0×103kg/m3，则其在水中匀速下沉的速度是17.6m/s．
7．潜水艇对保卫我国的南海起着重要的作用．如图所示，潜水艇在水中处于悬浮状态，此时其所受浮力与重力的大小关系为：F浮=G（填“＞”“＜”或“=”）．当压缩空气将水舱中的水排出一部分时，潜水艇将上浮（填“上浮”“下沉”或“悬浮”）．把橡皮泥捏成碗形，可以漂浮在水面上，这是利用空心的办法增大排开水的体积，从而增大可以利用的浮力．某同学用质量20g的橡皮泥做成的船能漂浮在水面上，此时橡皮泥排开水的质量20g．
17．光线经过凸透镜是光的折射现象，它对光线具有会聚作用．
4．游泳时，用手和脚向后划水，人就前进，说明物体间力的作用是相互的，而游泳运动员刚跃入水中，手脚不划水也能前进，是因为运动员有惯性．
1．小明有一辆捷安特自行车，质量为12kg．星期天，小明到西太湖骑自行车健身，他在2h内匀速骑行了36km，小明的质量为58kg，骑车时受到的阻力是车和人总重的0.03倍．（g=10N/kg）
（1）这段时间内，他克服阻力做功的功率为多少？
（2）若人体消耗的能量中有30%用于驱动自行车前进，则整个过程人消耗的能量为多少？
20．下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率”实验报告．
实验名称：测量滑轮组的机械效率
实验步骤：
（1）用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格．
（2）按如安装滑轮组，分别记下钩码和弹簧测力计的位置．
（3）拉动弹簧测力计并读出拉力F的值，用刻度尺测出的钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s，将这三个量填入表格．
（4）算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格．
（5）改变钩码上升的高度，重复上面的实验，记录并计算实验数据．
实验记录：
实验次数钩码重力G/N物体上升的高度h/cm有用功W有/J拉力F/N弹簧测力计移动的距离s/cm总功W总/J机械效率η
163.0018.002.389.0021.4284.0%
265.0030.002.4015.0036.0083.3%
368.0048.002.3624.0056.6484.7%
4610.0060.002.3530.0070.5085.1%
实验结论：在忽略绳子的重力和摩擦的情况下，滑轮组的机械效率与所提升物体的重力和高度无关．
请你评价小明和小红的实验报告．
（1）指出实验步骤中存在的错误和不足；
（2）从理论上分析说明他们实验结论的局限性．

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