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【题目】目前,“节能减排”已引起全球的关注.如何减少能耗,提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视,大多数家用汽车的发动机均为汽油机,它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能,再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶,小明的爸爸新买了一辆小汽车,如图所示,小明坐着这辆汽车匀速行驶144km,用时2h,消耗汽油9kg,其发动机的功率为23kW.请运用所学的知识解答下列问题.(汽油的热值为4.6×107J/kg)
(1)汽车效率比较低,原因是什么?指出两点即可.
(2)汽车匀速行驶时所受的牵引力是多大?
(3)汽车发动机的效率是多少?
(4)观察小汽车的外型,判断小汽车在水平路面高速行驶和静止时,对地面压力哪一个大?为什么?

【答案】
(1)解:汽油机工作时的能量损失:

①燃料在气缸内燃烧时,有一部分燃料没有完全燃烧,就随着废气被排到空气中,带走一部分能量;

②排气冲程中排出的废气温度很高,带去一部分热能;

③热机工作时,气缸机件散热,消耗一部分内能;

④热机内相对运动的机件间摩擦做功消耗能量.由于以上能量的损失,导致了汽油机的效率比较低.

答:汽车效率比较低,原因是①燃料在气缸内燃烧时,有一部分燃料没有完全燃烧,就随着废气被排到空气中,带走一部分能量;②排气冲程中排出的废气温度很高,带去一部分热能.


(2)解:汽车的速度:

v= = =72km/h=20m/s,

∵P=Fv,

∴牵引力大小:

F= = =1150N;

答:汽车匀速行驶时所受的牵引力是150N;


(3)解:汽车行驶两小时做的有用功:

W=Fs=1150N×144000m=1.656×108J,

9kg汽油完全燃烧放出的热量:

Q=mq=9kg×4.6×107J/kg=4.14×108J,

汽油机的效率:

η= = =40%;

答:汽车发动机的效率是40%;


(4)解:静止时对路面的压力大,因为高速行驶时,汽车上表面的空气流速大,对汽车的压强小,使汽车有一个向上托的力.

答:静止时对路面的压力大,因为高速行驶时,汽车上表面的空气流速大,对汽车的压强小,使汽车有一个向上托的力.


【解析】(1)热机的工作过程是燃料燃烧,将化学能转化为内能,然后由内能转化为机械能.因此转化出来的机械能是有效利用的能量,转化成的其它能量都是损耗掉的能量.从热机的工作过程入手即可分析出汽油机效率低的原因.(2)求出汽车的速度,利用P=Fv求牵引力大小;(3)利用W=Fs求有用功,利用Q=mq求汽油完全燃烧放出的热量(总能量),利用效率公式求汽油机的效率;(4)静止时对地面的压力等于汽车自身的重力,高速行驶时,用流体压强与流速的关系可以解释这个问题.
【考点精析】掌握二力平衡条件的应用和功率的计算与测量是解答本题的根本,需要知道二力平衡的条件是:作用在同一物体上的两个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上,即合力为零.(一物、二力、等大、反向、同直线);功率的计算: P = W/tW 表示功,单位是焦(J). t表示时间 ,单位是秒(s) P表示功率,单位是瓦特(W)1 W= 1 J/s.

练习册系列答案
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【题目】小灯泡L的额定电压为3V,它的I-U图像如图甲所示.把小灯泡接入如图乙所示的电路中,先将滑动变阻器的滑片P移至B端,闭合开关S,电压表示数为1.5V;再将滑片P向左移动直到电压表示数为3V.已知电源电压恒定,滑动变阻器的铭牌标有“10Ω 2A”。下列说法中错误的是( )

A.电源电压为4.5V
B.小灯泡的额定功率为1.5W
C.小灯泡正常发光时,滑动变阻器接入电路的阻值为3Ω
D.小灯泡正常发光时,滑动变阻器消耗的电功率为2.5W

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【题目】2015年3月,一艘被誉为“海上叉车大力神”的半潜船在渤海完成一系列有关认证和船东船厂的验收.船上安装的船舶电力推进变频驱动系统由中国南车株洲所研制,系我国自主品牌在大吨位级海洋工程船舶上的首次应用,打破了国外公司对该领域的长期垄断.它身长255米,宽68米,可载重98000吨,其甲板面积达13000平方米,其工作原理可以用如下四幅图说明.(g=10N/kg,ρ=1.0×103kg/m3
(1)半潜船在水面航行时,使其向前的施力物体是(填“螺旋桨”或“水”)
(2)若在图2中,甲板距水面12米,则甲板受水的压力为多大?
(3)若在图1中半潜船干船重为2.5×104吨,在图2中加注压载水2.0×104吨,在图3中水仓排出压载水1.4×104吨,在图4中半潜船受浮力8.0×108N,则半潜船装载的货物为多少吨?
(4)半潜船上安装的船舶电力推进变频驱动系统电功率为6000kW,效率为90%,当它以9节(1节=0.5m/s)的速度匀速航行时,半潜船所受的阻力为多大?

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【题目】如图所示,质量分布均匀的、由不同材料制成的两个正方体物块甲和乙叠放在水平桌面上,已知甲物块的质量为400g,乙物块的质量为500g,甲对乙的压强与乙对桌面的压强相等;把它们分别投入足够多的水中,甲漂浮在水面上.下列有关的甲、乙两物块的密度和甲、乙两物块浸入水中的深度的判断中,正确的是(
A.甲、乙的密度之比ρ:ρ=27:10
B.甲、乙的密度之比ρ:ρ=5:4
C.甲、乙浸入水中的深度之比h:h=9:5
D.甲、乙浸入水中的深度之比h:h=5:9

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【题目】在测定“小灯泡的电功率”的实验中,已知电源电压为6V,小灯泡的额定电压为2.5V,小灯泡的电阻约为10Ω,滑动变阻器上标有“20Ω 1A”字样.左图是小向同学没有连接完的实物电路.
(1)请你用笔画线代替导线,将实物电路连接完整;
(2)实验中,小向同学连接好电路后,闭合开关,移动滑片,发现小灯泡始终不亮,且电压表有示数,电流表无示数,则故障的原因是
(3)故障排除后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某一位置,电压表的示数如图甲所示,此时电压为V,要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向端滑动(选填“左”或“右”);
(4)当小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率是W.

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【题目】如图所示为钓鱼竿钓鱼的示意图.O为支点,A为手握鱼竿的作用点,请在图中画出鱼线对钓鱼竿拉力F2的力臂,最小的动力F1及其力臂.

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【题目】如图所示,某同学用滑轮组将重为3.2N物体匀速提高2m,用了10s,已知滑轮组的机械效率为80%,下列说法正确的是(
A.拉力所做的有用功是6.4J
B.拉力所做的总功是8J
C.绳末端移动的速度是0.4m/s
D.绳末端移动的距离是5m

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【题目】小明用“伏安法”测量一个定值电阻Rx的阻值(约为20Ω左右).实验器材有:定值电阻Rx、电压表(量程0~3V和0~15V)、电流表(量程0~0.6A和0~3A)、滑动变阻器(20Ω 1A)、开关、学生电源各一个,导线若干.
(1)“伏安法”测量电阻的原理是
(2)如图a所示是“伏安法”测量电阻的实验电路图,图中甲、乙为两个电表,其中甲为表;

(3)本实验电源电压选用12V,电压表应该选用量程,电流表选用0~0.6A量程;连接如图b所示的电流表时,应该使电流从“”接线柱流入电流表;

(4)闭合开关后,发现电压表的示数约为6v,电流表示数为零;移动滑动变阻器滑片,电压表示数有明显变化,但电流表示数为零,则发生故障的元件是
(5)排除故障后,接通电路,移动滑动变阻器滑片,当电流表的示数如图13b所示时,通过电阻Rx的电流大小是 A;
(6)经多次测量,小明由实验数据绘制得如图c所示的U-I图象,由图象可知电阻Rx= Ω(保留一位小数);

(7)在物理实验中,经常要对物理量进行多次测量,下列实验与本次实验进行多次测量的目的相同的是(填序号).
A.用刻度尺测量物理课本的长与宽
B.探究杠杠的平衡条件
C.测量小灯泡的电功率

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【题目】下列数据最接近实际的是(
A.中学生的体重约为50kg
B.中学生体积约为0.5m3
C.中学生站立对地的压强为1.5×104pa
D.中学生百米比赛的成绩约为8s

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