Question

阅读短文，回答问题．
在我国随着人民生活水平的提高，加上“汽车下乡”政策的实施，不少农村家庭都购买了汽车，汽车开始进入普通百姓家庭．家住农村的小明同学家买了一辆崭新的奇瑞风云2三厢汽车（如图甲）．他高兴极了，把车的里里外外都观察了个够．通过观察，小明发现汽车上的许多部件都用到了物理知识．
（1）汽车的发动机是四冲程汽油机，其中

做功

冲程将内能转化为机械能．
（2）汽车上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的

比热容

较大的性质．如果水箱中装有5kg的水，当水温度升高20℃时，需要吸收的热量为

4.2×10⁵

J．
（3）通过查看说明书得知轿车车身质量为1725kg．当车上载有275kg的人和物品时，车轮与地面的总接触面积为4.0×10^-2m²，轿车对地面的压强为

5×10⁵

．（g取10N/kg）
（4）若汽车油箱的容积为60升（dm³），内装的是密度为0.71×10³ kg/m³、热值为4.6×10⁷J/kg的汽油，则该油箱中最多可装

42.6

kg的汽油．若该车以20m/s的速度匀速行驶100km时所消耗的汽油为5kg，汽车发动机的输出的功率为12kW，则汽车发动机的效率为

26%

．

（5）图乙是该车自动测定汽车油箱内油面高度的装置原理图，图中的油量表实质是

电流

表改装而成的，定值电阻R₀的作用是

保护电路

，在加油的过程中，油量表的示数

变大

．（选填“变大、变小、不变”）来源：
（6）若轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图丙所示．则在0-5s时间内，轿车发动机做功

4.5×10⁵

J；轿车运动过程中受到的阻力是

3000

N．
（7）通过测量获得轿车以不同的速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离）数据如下表所示：

实验次数	1	2	3	4	5
速度/（km/h）	40	60	80	100	120
制动距离/m	8	18		50	72

当轿车以80km/h行驶时所对应的制动距离为

32

m．

Answer 1

分析：（1）汽油机四冲程中的能量转化情况，吸气和排气冲程不发生能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能．
（2）水具有较大的比热容是它常被用做冷却剂的原因；知道水的质量、水的比热容、水的温度升高值，利用公式Q_吸=cm△t计算水吸收热量的多少；
（3）轿车对地面的压力等于车、人和物品的重力之和，根据G=mg求出其大小，然后根据p=

F

S

求出轿车对地面的压强；
（4）①已知油箱的体积和汽油的密度，根据公式m=ρV可求汽油的质量；
 ②已知行驶的距离和速度，根据速度的变形公式可求所用的时间，再根据公式W=Pt可求汽车的有用功；根据公式Q=qm可求释放的能量，有用功与释放能量的比值就是发动机的热机效率．
（5）如图，该装置涉及到浮力、杠杆、滑动变阻器、电流表等相关知识，油面上升通过浮子和杠杆使滑动变阻器连入的电阻变小，电路中的电流变大；油面下降通过浮子和杠杆使滑动变阻器连入的电阻变大，电路中的电流变小；据此分析．
如果没有定值电阻的话，则当油箱中的油越来越多的时候，滑动变阻器的阻值就会越来越小，此时电路中的电流就会越来越大，可能会烧坏油量表．
（6）利用功的公式W=Pt可计算轿车发动机所做的功；
利用二力平衡知识可知阻力大小等于牵引力，所以先在图乙中找到汽车匀速直线运动是的速度，再利用功率的计算公式P=

W

t

=

Fs

t

=Fv，求出牵引力F，即等于阻力的大小．
（7）由对表格中速度和制动距离的关系的分析我们可以得出制动距离应与速度的平方成正比，则可得速度为80km/h时的制动距离．

解答：解：
（1）汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程．做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动，将内能转化为机械能．
（2）汽车散热器用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大的性质；
水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×5kg×20℃=4.2×10⁵J．
（3）轿车对地面的压力：
F=G=（m+m_车）g=（275kg+1725kg）×10N/kg=20000N；
轿车对地面的压强：
p=

F

S

=

20000N

4.0×10-2m2

=5×10⁵Pa．
（4）①∵ρ=

m

V

，
∴该车油箱最多能装汽油：
m=ρv=0.71×10³ kg/m³×60×10^-3m³=42.6kg；
②∵v=

s

t

，
∴行驶时间t=

s

v

=

100000m

20m/s

=5000s；
汽车的有用功W_有=Pt=12×10³W×5000s=6×10⁷J；
释放的能量Q=qm′=4.6×10⁷J/kg×5kg=2.3×10⁸J；
发动机的效率η=

W有

Q

×100%=

6×107J

2.3×108J

×100%≈26%．
（5）油量表串联在电路中，实际是一电流表；在加油时，浮子位置升高，在杠杆作用下，滑动变阻器连入电路的阻值变小，使电路中的电流变大，电流表示数变大，油量表示数变大；R′的作用是可以防止电路中的电流过大而烧坏仪表，保护电路．
（6）轿车的功率P=90kW=9×10⁴W，
轿车发动机做功：W=Pt=9×10⁴W×5s=4.5×10⁵J；
由图示知轿车匀速运动时的速度是v=30m/s；
∵P=

W

t

=

Fs

t

=Fv
∴轿车运动过程中受到的阻力：f=F=

P

v

=

9×104W

30m/s

=3000N
（7）通过对1、2、4、5的分析可知速度越大制动距离越大，即制动距离一定与速度有关，但明显不是正比关系．故可以想到可能与速度的平方成正比，通过计算可知制动距离的确与速度的平方成正比：
则由

(40km/h)2

28m

=

(80km/h)2

s

解得：80km/h的制动距离为32m．
故答案为：（1）做功；
（2）比热容；4.2×10⁵；
（3）5×10⁵；
（4）42.6；26%；
（5）电流；保护电路；变大；
（6）4.5×10⁵；3000；
（7）32．

点评：本题通过家用轿车为载体，考查了学生对重力公式、压强公式、吸热公式、功率公式、效率公式的掌握和应用，知识点多、综合性强，属于难题，要求灵活运用所学知识！