Question

20．“十一”假期，小明一家驱车外出旅游，他想了解汽车中的一些物理知识，在网上查询到：某汽车在某次测试中，车速与所受阻力的关系如图所示，汽车以50km/h的速度匀速行驶了0.5h，消耗8kg燃料（所用燃料的热值为4×l0⁷J/kg）．
（1）测试完毕后，在轿车刹车过程中，汽车的动能转化为内能，车轮表面的温度会升高，这是通过做功的方式改变其内能．
（2）测试过程中内燃机的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）根据影响动能大小的因素（质量和速度）判断；做功可改变物体的内能，克服摩擦做功是消耗机械能，得到内能的过程；
（2）①知道汽车速度和行驶时间，利用s=vt求行驶的路程，由图象可知，汽车速度为50km/h时，所受的阻力，由于汽车匀速行驶，汽车的牵引力和阻力为一对平衡力，大小相等，可求牵引力，再利用W=Fs求牵引力做功；②知道燃油的质量是8kg，燃油的热值为4×10⁷J/kg，根据Q放=mq可求出燃油放出的热量，最后根据η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{总}}$×100%求出内燃机的效率．

解答 解：（1）刹车时，汽车质量不变，速度由快变慢，则动能减小；
汽车在刹车时，由于汽车的刹车板之间、轮胎和地面之间存在着摩擦，于是汽车要克服摩擦力（或“阻力”）做功，使刹车板、轮胎的温度都升高，即动能转化成内能；
（2）①由v=$\frac{s}{t}$得：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=2.5×10⁴m，
由图象可知，汽车速度为50km/h时，所受阻力为4000N，
由于汽车匀速行驶，汽车的牵引力：
F=f=4000N，
牵引力做功：
W_有用=Fs=4000N×2.5×10⁴m=1×10⁸J；
②燃料完全燃烧放出的热量：
Q=mq=8kg×4×10⁷J/kg=3.2×10⁸J，
③内燃机的效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{Q}$×100%=$\frac{1×1{0}^{8}J}{3.2×1{0}^{7}J}$×100%≈31.2%．
故答案为：（1）内；做功；
（2）测试过程中内燃机的效率是31.2%．

点评 本题考查了路程、功、热量和效率的计算，本题关键是从图象得出汽车速度为50km/h所受阻力的大小，通过二力平衡条件求出牵引力．