上海大众向2010年世博会提供了一种混合动力轿车.轿车使用燃料作动力,在一段平直的公路上匀速行驶5.6km,受到的阻力是3.0×103N,消耗燃油1.5L(假设燃油完全燃烧,燃油的密度ρ=0.8×103 kg/m3,热值q=4×107J/kg),求:
(1)此时该混合动力轿车牵引力所做的功是多少?
(2)该混合动力轿车的热机效率是多少?
(3)轿车使用超级电池作动力,电池最多能提供8×107J的电能.它以45km/h的速度沿平直公路匀速行驶时,每行驶1m要消耗200J的能量来克服阻力做功.若电源提供的能量只有60%用于克服阻力做功.这辆车以45km/h的速度匀速直线行驶的最远路程是多少?
(4)当电池组能量耗尽后,用充电器给电池组充电.若充电器工作电压为220V,平均电流为15A,充电过程中没有能量损失,则给电池组充满一次电所需的时间是多少?
(1)已知:f=3.0×103N s=5.6km=5.6×103m
求:W=?
(2)已知:ρ=0.8×103kg/m3 V=1.5L=1.5×10-3m3 q=4×107J/kg
求:η热=?
(3)W总=8×107J η电=60% n=200J/m
求:S=?
(4)已知:W=8×107J U=220V I=15A
求:t=?
解:
(1)因为轿车匀速行驶,所以牵引力F=f=3.0×103N
牵引力做的功W=Fs=3.0×103N×5.6×103m=1.68×107J;
(2)消耗燃油的质量:m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.2kg
燃油完全燃烧所产生的热量:Q=mq=1.2kg×4×107J/kg=4.8×107J
热机效率η热===35%.
(3)∵η=
∴W有用=ηW总=8×107J×60%=4.8×107J,
最远路程S===2.4×105m.
(4)因为W=Pt=UIt
给电池组充满一次电所需的时间是t===2.42×104s.
答:
(1)此时该混合动力轿车牵引力所做的功是1.68×107J;
(2)该混合动力轿车的热机效率是35%;
(3)若电源提供的能量只有60%用于克服阻力做功.这辆车以45km/h的速度匀速直线行驶的最远路程是2.4×105m;
(4)给电池组充满一次电所需的时间是2.42×104s.
(1)车匀速运动,牵引力等于阻力,牵引力做的功就是克服阻力做的功;利用功的公式计算即可;
(2)根据Q=mq算出放出的热量;将(1)中算出的功与(2)中算出的热量代入热机效率公式η=就可以算出该车的热机效率;
(3)先计算电源用来克服阻力提供的能量,还知每行驶1m要消耗200J的能量来克服阻力做功,从而求出可以行驶的距离.
(4)已知电源提供的能量和电源电压、工作电流,根据公式t=可求所用的时间.
点评:本题涉及的物理知识多,难度较大,有力学知识力的平衡、力做功,热学知识热量的计算以及效率等知识点,一环扣一环,这类题能让学生对各物理量有一个整体性的掌握,有点难度,学生要熟练掌握物理公式,并灵活的运用到计算中去.