Question

14．伦敦奥运会期间，一种环保混合动力汽车穿梭于各场馆之间，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 4.475kg，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1.08×10⁸J．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，蓄电池化学能转化为汽车机械能．
（2）该车在测试过程中内燃机的牵引力所做功是多少？
（3）该车在测试过程中蓄电池组储存的能量增加了多少？
（4）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

分析 （1）混合动力车启动时，蓄电池的化学能转化为机械能；
（2）由图象求出汽车的行驶速度为50km/h时汽车受到的阻力，汽车匀速运动，处于平衡状态，由平衡条件求出汽车的牵引力，由速度公式的变形公式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；
（4）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，被有效利用的能量为做的功和转化成的电能之和，最后根据效率公式求出内燃机的效率．

解答 解：（1）混合动力车启动时，蓄电池把储存的化学能转化为汽车机械能；
（2）由图象可知，当汽车的速度为50km/h时，汽车受到的阻力为2000N，
因汽车做匀速运动时，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
所以，汽车牵的引力：
F=f=2000N，
由v=$\frac{s}{t}$可得，汽车通过的路程：
s=vt=50km/h×0.5h=25km=25000m，
则牵引力做的功：
W₁=Fs=2000N×25000m=5×10⁷J；
（3）该车在测试过程中蓄电池组储存的能量增加了：
W₂=1.08×10⁸J×（80%-60%）=2.16×10⁷J；
（4）燃油放出的热量：
Q_放=mq=4.475kg×4.0×10⁷J/kg=1.79×10⁸J，
被有效利用的能量：
W_有用=W₁+W₂=5×10⁷J+2.16×10⁷J=7.16×10⁷J，
该汽车内燃机的效率：
η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{7.16×1{0}^{7}J}{1.79×1{0}^{8}J}$×100%=40%．
答：（1）化学；机械；
（2）该车在测试过程中内燃机的牵引力所做功是为5×10⁷J．
（3）该车在测试过程中蓄电池组储存的能量增加了2.16×10⁷J，
（4）该汽车内燃机的效率为40%．

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．