Question

15．随着人民生活水平的不断提高，轿车以逐步进入普通家庭，小明的爸爸也购买了一辆轿车（如图1所示） 

（1）若轿车以90KW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t 的关系，如图2所示．则在15～20s时间间隔内，轿车发动机做功多少焦？轿车运动过程中受到的阻力是多少N？
（2）若轿车在15～20s时间间隔内消耗的汽油为1.5×10^-2kg．汽油的热值q=4.6×10⁷J/kg，轿车在这段时间内消耗的能量（即汽油完全燃烧放出的热量）是多少？
（3）比较（1）和（2）的结果，你有什么发现？简要分析原因．（写出一条即可）

Answer 1

分析 （1）根据W=Pt求出轿车发动机做的功；
由图可知轿车匀速直线运动时的速度，根据P=Fv求出牵引力的大小，再根据匀速直线运动时阻力和牵引力是一对平衡力求出阻力的大小；
（2）已知汽油的热值和质量，利用Q=mq可求得轿车在这段时间内消耗的能量；
（3）从轿车牵引力所做的功和汽油完全燃烧所放出的热量角度分析．

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，轿车发动机做的功：
W=Pt=9×10⁴W×5s=4.5×10⁵J．
由图可知轿车匀速直线运动时，v=30m/s，则由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv，可得：
牵引力F=$\frac{P}{v}$=$\frac{9×1{0}^{4}W}{30m/s}$=3×10³N，
轿车匀速直线运动时阻力和牵引力是一对平衡力，
则轿车运动过程中受到的阻力f=F=3×10³N．
（2）轿车在这段时间内消耗的能量Q_放=mq=1.5×10^-2kg×4.6×10⁷J/kg=6.9×10⁵J．
（3）轿车牵引力所做的功小于汽油完全燃烧所放出的热量（或热机效率小于1）．可能的原因：汽油没有完全燃烧；废气带走部分能量；克服机械摩擦消耗部分能量．（或消耗的能量不能全部用来做有用功）
答：（1）在15～20s时间间隔内，轿车发动机做功4.5×10⁵J；轿车运动过程中受到的阻力是3×10³N；
（2）轿车在这段时间内消耗的能量是6.9×10⁵J；
（3）轿车牵引力所做的功小于汽油完全燃烧所放出的热量（或热机效率小于1）．可能的原因：汽油没有完全燃烧；废气带走部分能量；克服机械摩擦消耗部分能量．（或消耗的能量不能全部用来做有用功）．

点评 本题考查了学生对功的计算公式、功率公式的掌握和应用，关键是及二力平衡条件的应用，此题难易程度适中．