Question

3．如图为我国自行生产的高性能汽油和电力混合动力车，若以汽油为动力，在平直的公路上匀速行驶时，输出功率恒为P=50KW，电动机效率为80%，过程中所受阻力大小为3600N．
（1）则汽车匀速行驶时的速度为多少m/s？
（2）当油箱内汽油耗完时，汽车改电力为动力，则汽车行驶时电池将化学能转化为电能供电动机使用．汽车在行驶时对路面的压力比静止时减小（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）若某次行驶中汽车消耗电能4.6kW•h，则若用效率为25%的燃油汽车需要多少kg的汽油？（汽油热值为4.6×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）汽车匀速行驶时，根据二力平衡条件可知汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，
又知道汽车的输出功率，根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的变形公式v=$\frac{P}{F}$求汽车匀速行驶时的速度；
（2）①电池提供电能时是把储存的化学能转化电能；
②车子静止在水平面上，车子对路面的压力等于重力；当流线型的车子快速行驶时，产生升力，车子对地面压力减小；
（3）知道某次行驶中消耗电能和电动机效率，根据W_机=ηW_电求出转化的机械能，即汽油完全燃烧得到的有用能量，
又知道燃油效率，根据Q_放=$\frac{W}{{η}^{′}}$求出汽油完全燃烧放出的热量，再利用m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$求出汽车消耗的汽油质量；

解答 解：（1）汽车匀速行驶时，根据二力平衡条件可知，
汽车受到的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，
即：F=f=3600N，
输出功率恒为P=50kW=5×10⁴W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，汽车匀速行驶时的速度：
v=$\frac{P}{F}$=$\frac{5×1{0}^{4}N}{3600N}$≈13.9m/s．
（2）汽车行驶时电池将化学能转化为电能供电动机使用．
小汽车外型是流线型，当汽车高速行驶时，相同时间内，空气经过上方的路程比下方路程长，
即上方空气流速大，压强小，汽车在压强差下产生向上的升力，汽车对路面的压力减小，小于汽车的重力．
（3）汽车消耗电能W_电=4.6kW•h=1.656×10⁷J，
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{电}}$×100%得，电动机转化的机械能：
W_有用=ηW_电=80%×1.656×10⁷J=1.3248×10⁷J，
即汽油完全燃烧获取的有用能量；
由η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$×100%得，汽油完全燃烧放出的热量：
Q_放=$\frac{{W}_{有用}}{{η}^{′}}$=$\frac{1.3248×1{0}^{7}J}{25%}$=5.2992×10⁷J，
由Q_放=mq得，需要汽油的质量：
m=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{5.2992×1{0}^{7}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$=1.152kg．
答：（1）汽车匀速行驶时的速度为13.9m/s；
（2）化学；减小；
（3）若用效率为25%的燃油汽车需要1.52kg的汽油．

点评 本题以高性能汽油和电力混合动力车为背景，考查了功率计算公式的应用、能量转化、流体压强和流速的关系、效率公式的应用，涉及到的知识点多、综合性强，要求认真审题，灵活运用所学知识解题．