Question

我国上海自主研发了一种氢燃料汽车，它使用氢代替汽油．在一次测试中，汽车在水平路面受到2400N的水平牵引力，5min内匀速直线行驶了9000m，若在此过程中完全燃烧了11.5kg氢，则：（燃料燃烧放出热量的公式：Q=mq，q为热值）
（1）如果用汽油做燃料，需完全燃烧多少汽油？
（2）汽车受到水平方向的阻力是多少？
（3）汽车在这段时间内行驶的速度是多少？
（4）汽车牵引力所做的功和功率是多少？

燃料	热值	燃料	热值
柴油	3.3×107J/kg	氢	1.4×108J/kg
汽油	4.6×107J/kg	酒精	3.0×107J/kg

Answer 1

解：由题意知：汽车牵引力F=2400N，运动时间t=5min=300s，汽车的路程s=9000m．
（1）11.5kg氢完全燃烧放出的热量：
Q_放=m_氢q_氢=11.5kg×1.4×10⁸J/kg=1.61×10⁹J，
产生这些热量需要汽油的质量：
m_汽油===35kg；
（2）∵汽车做匀速直线运动，它受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
∴f=F=2400N．
（3）汽车行驶的速度v
===30m/s=30×3.6km/h=108km/h；
汽车牵引力所做的功：
（4）W=Fs=2400N×9000m=2.16×10⁷J，
汽车牵引力做功功率：
P===7.2×10⁴W
答：（1）如果用汽油做燃料，需完全燃烧35kg汽油；
（2）汽车受到水平方向的阻力是2400N；
（3）汽车在这段时间内行驶的速度是108km/h；
（4）汽车牵引力所做的功和功率分别是2.16×10⁷J、7.2×10⁴W．
分析：（1）知道氢气的热值和质量，可求11.5kg氢完全燃烧放出的热量，又知道汽油的热值，再利用Q_放=mq求产生这些热量需要多少汽油；
（2）知道汽车处于匀速直线运动（平衡状态），汽车受平衡力，据此求阻力大小；
（3）知道路程和时间，利用速度公式求汽车的速度；
（4）知道牵引力的大小、行驶的距离和时间，利用W=Fs和P=求汽车牵引力所做的功和功率．
点评：本题为力学综合题，考查了学生对燃料完全燃烧放热公式、速度公式、二力平衡条件、功的公式、功率公式的了解与掌握，虽然知识点多、综合性强，但都属于基础，难度不大！