Question

“可燃冰”被视为21世纪的新型绿色能源．可燃冰的主要成份是甲烷，1m³可燃冰可转化生成164m³的甲烷气体和0.8m³的水，已知甲烷气体的热值为3.6×10⁷J/m³．靖江市5路公交车，使用天然液化气为燃料，这种燃料的主要成份就是甲烷．如果5路公交车满载乘客时总质量是6000kg，1m³可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧产生的能量，可供公交车满载时以36km/h的速度匀速行驶1640min，行驶中公交车受到的平均阻力为车重的0.05倍．求：
（1）公交车满载时受到的阻力；
（2）这段时间内发动机的实际功率
（3）这段时间内发动机的效率？

Answer 1

分析：（1）知道满载乘客时公交车的总质量，根据G=mg和行驶中公交车受到的平均阻力为车重的0.05倍求出所受阻力；
（2）1m³可燃冰可转化生成164m³的甲烷气体，根据Q=Vq求出甲烷气体完全燃烧放出热量，再根据P=

W

t

求出发动机功率；
（3）汽车匀速行驶时，处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，根据二力平衡条件求出牵引力的大小；知道汽车的速度，利用速度公式求出公交车行驶路程，利用W=Fs求牵引力做的功，利用效率公式求出此发动机效率．

解答：解：（1）这段时间内发动机所受阻力：
f=0.05G=0.05mg=0.05×6000kg×10N/kg=3×10³N；
（2）1m³可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧放出热量：
Q_放=q_甲烷V=3.6×10⁷J/m³×164m³=5.904×10⁹J，
由题知：t=1640min=9.84×10⁴s，
发动机的实际功率：
P=

W

t

=

5.904×109J

9.84×104s

=6×10⁴W；
（3）因为公交车匀速行驶，
所以汽车受到的牵引力：F=f=3×10³N，
汽车行驶的速度：
v=36km/h=10m/s，
根据v=

s

t

可得，
s=vt=10m/s×9.84×10⁴s=9.84×10⁵m，
牵引力做的有用功：
W_有用=Fs=3×10³N×9.84×10⁵m=2.952×10⁹J，
发动机效率：
η=

W有用

Q放

×100%=

2.952×109J

5.904×109J

=50%．
答：（1）则这段时间内发动机所受阻力是3×10³N；
（2）发动机功率为6×10⁴W；
（2）此发动机效率为50%．

点评：本题为力学、热学的综合题，考查了学生对速度公式、燃料完全燃烧放热公式、功的公式、功率公式、效率公式的掌握和运用，知识点多、综合性强，属于难题，要求灵活运用所学知识求解．