Question

我国自主研制生产的一种环保混合动力汽车，启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过某种方式向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量．一测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶0.5h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油 5kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的能量由最大值的60%增加到80%，蓄电池组储存的能量的最大值为1.0×10⁸J．从汽车使用技术手册中，测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0×10⁷J/kg，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示．
（1）混合动力车启动时，蓄电池的______能转化为汽车______能．
（2）该车在测试过程中内燃机的牵引力所做功是多少？
（3）试计算该汽车内燃机的效率（不计内燃机机械传动及充电过程中的能量损失）．

Answer 1

【答案】分析：（1）蓄电池充电是将电能转化为化学能；汽车行驶时具有动能；
（2）由图象知道汽车的行驶速度为50km/h时，受到的阻力为f=2000N，因为汽车匀速行驶，所以发动机牵引力F=f=2000N；再根据v=求出汽车行驶的距离，根据公式W=Fs求出牵引力做的功；
（3）已知燃油的质量4.475kg，燃油的热值为4.0×10⁷J/kg，根据Q放=mq可求出燃油放出的热量，已知蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%，可求出转化成的电能，这样被有效利用的能量为做的功和转化成的电能之和，最后根据η=×100%求出内燃机的效率．
解答：已知：汽车内燃机消耗燃油 m=5kg，车速为v=50km/h，行驶时间t=0.5h，燃油的热值为q=4.0×10⁷J/kg，蓄电池组储存的能量的最大值为W′=1.0×10⁸J
求：（2）内燃机的牵引力所做功W₁=？；（3）该汽车内燃机的效率η=？
解：（1）燃料的化学能转化为蓄电池储存的化学能和汽车行驶时的动能；
（2）∵v=
∴汽车通过的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
由图象可知，车速为50km/h时，阻力是2000N，因为是匀速行驶，所以牵引力也是F=2000N，
牵引力做的功：
W₁=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
（3）转化成的电能：
W₂=1.0×10⁸J×（80%-60%）=2.0×10⁷J，
所以：
W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.0×10⁷J=7.0×10⁷J，
燃油放出的热量：
Q_放=mq=5kg×4.0×10⁷J/kg=2×10⁸J，
W_总=Q_放=2×10⁸J，
内燃机的效率：
η=×100%=×100%=35%．
答：（1）化学；动；
（2）内燃机的牵引力所做功是5×10⁷J；
（3）汽车内燃机的效率是35%．
点评：本题综合考查了热量的计算以及热机的效率，也是一道生活中的物理题，有其实用价值．对公式的把握和运用是基础，只要读好题，总体来说本题难度不大．在计算内燃机的效率时，要注意不要忘记转化成的电能的能量．