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6.小华家新买了一辆汽车,下表是汽车的铭牌,其中耗油量指汽车正常行驶100km消耗汽油的体积;图甲是该车自动测定汽车油箱内油面高度的装置原理图,为测试汽车性能,小华驾驶汽车性能,小华驾驶汽车以30kW的恒定功率启动做直线运动,运动过程中受到的阻力不变,通过专用仪器测量得到汽车速度v与时间t的关系如图乙所示,已知汽油的密度为0.7×103kg/m3,热值为4.6×103J/kg.
型号××
整车质量/kg1200
油箱容积/L60
汽油量/L(100km)-310

(1)汽车上的散热器用水作为冷却剂,这是利用了水的比热容,较大的性质.
(2)汽油机工作时,将内能转化为机械能的是做功冲程,若单缸四冲程汽油机飞轮的转速是3600r/min,则汽油机1s内对外做功30次.
(3)图乙中的油量表实质是电流表改装而成的,电路中定值电阻为R0的作用是保护电路,在加油使,油量表的示数变大(变大/不变/变小).若用电压表改装成油量表,要求加油时示数变大,则电压表改装的油量表应与定值电阻R0(定值电阻R0/滑动变阻器)并联.
(4)在测试汽车性能时,在0~10s时间内,汽车发动机做功3×105J,汽车运动过程中受到的阻力是1000N.
(5)小华驾驶该车以25m/s的速度匀速行驶100km,若汽车发动机的输出功率恒为20kW,则汽油完全燃烧放出的热量为3.22×108J,该汽车能量利用效率大约是37.3%.

分析 (1)水具有较大的比热容是它常被用做冷却剂的原因.
(2)汽油机四冲程中的能量转化情况,吸气和排气冲程不发生能量转化,压缩冲程将机械能转化为内能;做功冲程将内能转化为机械能;
在四冲程内燃机曲轴转一圈,完成2个冲程,1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次.
(3)如图,该装置涉及到浮力、杠杆、滑动变阻器、电流表等相关知识,油面上升通过浮子和杠杆使滑动变阻器连入的电阻变小,电路中的电流变大;油面下降通过浮子和杠杆使滑动变阻器连入的电阻变大,电路中的电流变小;据此分析;
如果没有定值电阻的话,则当油箱中的油越来越多的时候,滑动变阻器的阻值就会越来越小,此时电路中的电流就会越来越大,可能会烧坏油量表;
若用电压表改装成油量表,要求加油时示数变大,根据定值电阻R0和滑动变阻器两端的电压变化分析判断.
(4)知道轿车以90kW的恒定功率做直线运动,利用W=Pt求轿车发动机做功,再利用P=Fv求汽车牵引力,而汽车匀速行驶、受平衡力,根据二力平衡条件求汽车受到的阻力;
(5)利用m=ρV求出汽油的质量,利用燃料完全燃烧放热公式Q=qm求汽油完全燃烧放出的热量;根据求出汽车所做的功,利用η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$求出效率.

解答 解:
(1)汽车散热器用水作为冷却剂,是利用了水的比热容较大的性质.
(2)汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程.做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动,将内能转化为机械能;
已知冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min=60r/s,即每秒钟转60圈,完成30个工作循环,即对外做功30次.
(3)油量表串联在电路中,实际是一电流表;在加油时,浮子位置升高,在杠杆作用下,滑动变阻器连入电路的阻值变小,使电路中的电流变大,电流表示数变大,油量表示数变大;R′的作用是可以防止电路中的电流过大而烧坏仪表,保护电路.
若用电压表改装成油量表,要求加油时示数变大,根据U=IR可知:电流变大时,定值电阻R0两端的电压变大,则电压表改装的油量表应与定值电阻R0并联.
(4)轿车的功率P=30kW=3×104W,
在0~10s时间内,汽车发动机做功:W=Pt=3×104W×10s=3×105J;
由图示知轿车匀速运动时的速度是v=30m/s;
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得,轿车运动过程中受到的阻力:
f=F=$\frac{P}{v}$=$\frac{3×{10}^{4}W}{30m/s}$=1000N;
(5)消耗的汽油m=ρ汽油V=0.7×103kg/m3×10×10-3m3=7kg,
Q=qm=4.6×107J/kg×7kg=3.22×108J,
由P=$\frac{W}{t}$、v=$\frac{s}{t}$得:
W′=P′t=P′×$\frac{s}{v}$=30×103W×$\frac{100×{10}^{3}m}{25m/s}$=1.2×108J;
η=$\frac{W′}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.2×{10}^{8}J}{3.22×{10}^{8}J}$×100%≈37.3%.
故答案为:(1)比热容;
(2)做功;30;
(3)保护电路;变大;
(4)3×105;1000;
(5)3.22×108;37.3%.

点评 本题通过家用轿车为载体,考查了学生对汽油机四冲程、水的比热容大、吸热公式、速度公式、二力平衡条件的掌握和应用,知识点多、综合性强,属于难题,要求灵活运用所学知识!

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