Question

6．随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小明的爸爸最近也购买了一辆轿车．小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究：
（1）汽车发动机一般是柴油机或汽油机，它把燃料燃烧放出的能转化为机械能，求完全燃烧0.5kg的汽油能够获得的能量．（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）
（2）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机的效率η？
（3）该汽车行驶时发动机产生的牵引力是F，若燃烧质量为m、热值为q的燃料，写出能使汽车前进的距离的表达式．（用前面给出物理量的符号表示距离）

Answer 1

分析 （1）知道汽油的质量和热值，利用Q_放=mq求汽油完全燃烧放出的热量；
（2）由能流图得出转化为有用功的能量占总能量的比值，得出内燃机的效率；
（3）知道内燃机的效率和完全燃烧放出的热量，根据W=ηQ_放求出牵引力所做的功，
然后利用W=Fs的变形公式s=$\frac{W}{F}$求出汽车前进的距离的表达式．

解答 解：
（1）完全燃烧0.5kg的汽油能够获得的能量为：Q=mq=0.5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁷J；
（2）由图标知，燃料释放的热量中，33%的热量以废气的形式浪费了，设备损耗占了30%，部件摩擦占7%，剩下的部分是输出有用功，因此η=100%-33%-30%-7%=30%；
（3）完全燃烧质量为m、热值为q的汽油所放出的热量：
Q_放=mq，
由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%得，牵引力所做的功：
W=ηQ_放=ηmq，
由W=Fs得，汽车前进的距离：
s=$\frac{W}{F}$=$\frac{ηmq}{F}$=$\frac{30%mq}{F}$．
答：
（1）完全燃烧0.5kg的汽油能够获得的能量2.3×10⁶J；
（2）该内燃机的效率30%；
（3）汽车前进的距离的表达式$\frac{30%mq}{F}$．

点评 本题以汽车为切入点综合考查力学、热学相关知识，灵活运用所学知识、正确选用所学公式是解题的关键，综合性强，具有一定的难度．