Question

8．苏州金龙最新研制的海格KLQ6118GQ氢燃烧电池公交车是以氢气为燃料的客车巴士，装备有输出功率为75kW燃料电池发动机系统，若氢燃料电池的效率为60%，该车以最高车速75km/h大约可持续行程300km．（q_氢=1.4×10⁸J/m³，ρ=0.09kg/m³）
（1）该车以最高车速行驶时，发动机的牵引力为多少？
（2）以最高车速行驶，每小时发动机要消耗多少千克的燃料？
（3）说说该车与普通汽车相比有哪些优点？（答出一点即可）

Answer 1

分析 （1）当汽车匀速行驶时，有P=Fv=F_阻v，根据输出功率求出阻力的大小，且牵引力与阻力四一对平衡力；
（2）知道发动机效率先求出燃料燃烧后需要放出的能量，然后根据m=$\frac{Q}{q}$求消耗的燃料；
（3）从节能环保的角度去分析即可．

解答 解：（1）客车以ν₁=75km/h≈20.8m/s匀速行驶时，客车受到的阻力等于牵引力，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=F_fv得，
客车的牵引力：F_牵引=F_f=$\frac{P}{v}$=$\frac{75×1{0}^{3}W}{20.8m/s}$=3.6×10³N；
（2）由v=$\frac{s}{t}$得，客车每小时行驶路程：s=vt=75km/h×1h=75km=7.5×10⁴m，
一小时牵引力所做的功：
W=Fs=3.6×10³N×7.5×10⁴m=2.7×10⁸J；
由η=$\frac{W}{Q}$得，
氢气燃烧需放出热量：Q=$\frac{W}{η}$=$\frac{2.7×1{0}^{8}J}{60%}$=4.5×10⁸J，
由Q=Vq得：
所需氢气体积：V=$\frac{Q}{q}$=$\frac{4.5×1{0}^{8}J}{1.4×1{0}^{8}J/{m}^{3}}$≈3.21m³；
由ρ=$\frac{m}{V}$得，氢气的质量：m=ρV=0.09kg/m³×3.21m³≈0.29kg；
（3）氢气与汽油相比更为纯净，燃烧产物主要是水，所以更清洁、环保，污染小．
答：（1）该车以最高车速行驶时，发动机的牵引力为3.6×10³N；
（2）以最高车速行驶，每小时发动机要消耗0.29千克的氢气；
（3）该车与普通汽车相比污染小．

点评 本题考查了学生对功率、热量和效率的握和运用，用所学知识分析解决身边的问题，有意义！计算时注意单位统一．