Question

3．某汽车以汽油机作为动力装置，某次匀速直线运动2h的速度是90km/h，受到的阻力为1800N，计算：
（1）在此过程中，汽车所做的功是多少？功率是多大？
（2）若汽车的效率为35%，此过程消耗汽油的质量是多少？（q_汽油=4.6×10⁷J/kg）（结果保留两位小数）
（3）由于汽油机的使用，环境污染严重，怎样改善这个问题，请提出一条有效建议可以利用电能、太阳能、氢气等能源来驱动．

Answer 1

分析 （1）根据某次匀速直线运动2h的速度是90km/h，可求得路程，已知汽车匀速直线运动，所以牵引力等于阻力；利用W=Fs可求得汽车所做的功，再利用P=$\frac{W}{t}$可求得其功率；
（2）已知发动机做的功和汽车的效率，根据η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$，可求得总功，已知汽油热值，然后利用Q=mq求得消耗汽油的质量；
（3）电能、太阳能的优点：清洁，无污染等角度分析．

解答 解：（1）由v=$\frac{s}{t}$可得，汽车行驶的路程s=vt=90km/h×2h=180km=1.8×10⁵m，
因为汽车匀速直线运动，所以发动机牵引力为F=f=1800N；
汽车所做的功W=Fs=1800N×1.8×10⁵m=3.24×10⁸J，
功率P=$\frac{W}{t}$=$\frac{3.24×1{0}^{8}J}{2×3600s}$=4.5×10⁴W．
（2）因为η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$，
所以发动机做的功为W_总=$\frac{{W}_{有用}}{η}$=$\frac{3.24×1{0}^{8}J}{35%}$≈9.26×10⁸J；
汽油完全燃烧放出的热量为Q=W_总=9.26×10⁸J，
因为Q=mq，
所以消耗的汽油质量为m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{9.26×1{0}^{8}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$≈20.13kg．
（3）由于汽油机的使用，环境污染严重，可以采用清洁能源，利用电能、太阳能、氢气等能源来驱动．
答：（1）在此过程中，汽车所做的功是3.24×10⁸J，功率是4.5×10⁴W．
（2）若汽车的效率为35%，此过程消耗汽油的质量是20.13kg．
（3）可以利用电能、太阳能、氢气等能源来驱动．

点评 此题是一道力学综合的应用题，考查了二力平衡、功、功率、热值和热效率，涉及到的公式多，但环节不复杂，掌握基本公式或规律是正确解答的关键．