Question

为了保障学生乘车安全，某校投入使用的新型安全校车（如图所示）．求：
（1）若校车和学生总质量为9000kg，车轮与地面的接触总面积为0.15m²，求校车对水平路面的压强？
（2）在寒冷的冬天，若校车以12m/s的速度在一段平直路面是匀速行驶了5min，校车受到的牵引力是4500N，同时打开车内的供暖设备放出了6.3×10⁶J的内能，这段时间内完全燃烧1.4kg的汽油（汽油的热值是4.6×10⁷J/kg），则，校车在这段时间内的能量转化率是多少？
（3）这种校车具有良好的刹车系统，请你就校车急刹车情景提出一个与物理有关的问题，并用所学物理知识解释．

Answer 1

解：（1）校车对水平路面的压力：
F=G=mg=9000kg×9.8N/kg=88200N，
∵p=，
∴校车对水平路面的压强：
p===5.88×10⁵Pa；
（2）∵v=，
∴汽车行驶的路程：
s=vt=12m/s×300s=3600m，
∵W=Fs，
∴牵引力做的功：W₁=Fs=4500N×3600m=1.62×10⁷J，
有用功为：W_有用=W₁+Q=1.62×10⁷J+6.3×10⁶J=2.25×10⁷J；
总功：W_总=mq=1.4kg×4.6×10⁷J/kg=6.44×10⁷J，
∴能量转化率η=×100%=×100%=35%；
（3）问题1：急刹车时．车内的同学为什么会有向前倾的感觉？
解释 急刹车时，车内的同学由于具有惯性．仍要向前运动．
问题2：急刹车过程中．能量是怎样转化的？
解释 急刹车过程中，机械能转化为内能．
问题3：急刹车后．校车轮胎为什么会发烫？
解释 急刹车过程中，机械能转化为内能．使轮胎温度升高．
答：（1）校车对水平路面的压强5.88×10⁵Pa；
（2）校车在这段时间内的能量转化率是35%；
（3）问题：急刹车时．车内的同学为什么会有向前倾的感觉？
解释 急刹车时，车内的同学由于具有惯性．仍要向前运动．
分析：（1）校车对水平面上的压力和自身的重力相等，根据G=mg求出其大小，再根据压强公式求出对水平路面的压强；
（2）首先根据公式v=求出汽车行驶的路程，根据公式W=Fs可求汽车行驶过程所做的功，再加上供暖设备放出的内能就是有用功；根据燃油的热值和燃烧燃油的质量求出燃油完全燃烧放出热量就是总功，二者之比就等于校车在这段时间内的能量转化率；
（3）①惯性是物体的一种特性，是指物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，任何物体都具有惯性；
②汽车刹车过程，轮胎与地面摩擦，机械能转化成内能，轮胎温度升高．
点评：本题考查了压强、功、燃料完全燃烧释放的热量、效率的计算公式的应用和掌握，关键是公式和规律的灵活运用，有一定的综合性．