Question

18．據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)發(fā)生的車(chē)禍中有超過(guò)半數(shù)以上是超速、超載引起的．我市加大了道路交通安全監(jiān)控管理力度，將“區(qū)間測(cè)速”座位判斷是否超速的依據(jù)之一．所謂的“區(qū)間測(cè)速”，就是測(cè)算出汽車(chē)在某一區(qū)間行駛的平均速度，如果超過(guò)了該路段的最高限速即被判為超速．若監(jiān)測(cè)點(diǎn)A、B相距18km，全程限速40km/h，由“電子眼”抓拍到裝有沙子的某型號(hào)貨車(chē)通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A、B的速度分別為30km/h和456km/h，通過(guò)A、B兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間為20min．問(wèn)：
（1）按“區(qū)間測(cè)速”標(biāo)準(zhǔn)判斷該貨車(chē)在AB段行駛是否超速？
（2）按照規(guī)定，載貨車(chē)車(chē)輪對(duì)地面的壓強(qiáng)超過(guò)7×10⁵Pa即被判為超載．該型號(hào)貨車(chē)部分參數(shù)如表所示．其中表中參數(shù)計(jì)算，該貨車(chē)在不超載的情況下，在水平路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)最多能裝沙子的體積為多少？（ρ_沙=2.0×10³km/m³，取g=10N/kg）
（3）該貨車(chē)在某路段平直公路上運(yùn)動(dòng)60s的速度-時(shí)間圖象如圖所示，這段時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)完全燃燒柴油0.2kg，已知發(fā)動(dòng)機(jī)的效率η=40%，柴油的熱值q=4.5×10⁷J/kg，則貨車(chē)在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)受到的阻力為多大？

貨車(chē)自重	5×104N
輪胎觸地總面積	0.3m2
車(chē)廂容積	10m3

Answer 1

分析 （1）已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)A、B相距18km，A、B兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間為20min，利用速度公式可求得其速度，然后可判斷該貨車(chē)在AB段行駛是否超速；
（2）根據(jù)載貨車(chē)車(chē)輪對(duì)地面的壓強(qiáng)超過(guò)7×10⁵Pa即被判為超載，可求得車(chē)輪對(duì)路面的最大壓力，車(chē)輪對(duì)路面的最大壓力減去車(chē)的重力即為沙子的重力，已知車(chē)廂的容積，利用密度公式變形可求得在水平路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)最多能裝沙子的體積．
（3）該貨車(chē)在某路段平直公路上運(yùn)動(dòng)60s的速度-時(shí)間圖象，可知速度；然后利用v=$\frac{s}{t}$變形可求得這段時(shí)間內(nèi)的路程；
根據(jù)燃油密度和體積求得其質(zhì)量，利用Q=mq可求得消耗的總能量，再利用η=$\frac{W}{Q}$×100%可求得W，再利用W=Fs可求得牽引力，因?yàn)閯蛩傩旭�，則在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)受到的阻力等于牽引力．

解答 解：（1）已知s=18km，t=20min=$\frac{1}{3}$h，
該貨車(chē)在AB段行駛速度v=$\frac{s}{t}$=$\frac{18km}{\frac{1}{3}h}$=54km/h，
因?yàn)槿�程限�?0km/h，54km/h＞40km/h，所以該貨車(chē)在AB段行駛超速；
（2）由p=$\frac{F}{S}$可得，車(chē)輪對(duì)路面的最大壓力：
F=pS=7×10⁵Pa×0.3m²=2.1×10⁵N，
水平面上物體的壓力和自身的重力相等F=G，
沙子的重力G_沙=G-G_車(chē)=2.1×10⁵N-5×10⁴N=1.6×10⁵N，
則沙子的質(zhì)量m_沙=$\frac{{G}_{沙}}{g}$=$\frac{1.6×1{0}^{5}N}{10N/kg}$=1.6×10⁴kg，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，沙子的體積V_沙=$\frac{{m}_{沙}}{{ρ}_{沙}}$=$\frac{1.6×1{0}^{4}kg}{2.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=8m³，
（3）由“該貨車(chē)在某路段平直公路上運(yùn)動(dòng)60s的速度-時(shí)間圖象”可知，貨車(chē)在這段時(shí)間內(nèi)作勻速直線運(yùn)動(dòng)，其速度v′=10m/s，
由v=$\frac{s}{t}$可得，這段時(shí)間內(nèi)的路程s′=v′t′=10m/s×60s=600m，
完全燃燒柴油放出的能量Q=m_汽油q=0.2kg×4.5×10⁷J/kg=9×10⁶J，
由η=$\frac{W}{Q}$×100%可得W=ηQ=40%×9×10⁶J=3.6×10⁶J，
由W=Fs可得，F(xiàn)=$\frac{W}{s′}$=$\frac{3.6×1{0}^{6}J}{600m}$=6000N，
因?yàn)閯蛩傩旭�，則在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)受到的阻力f=F=6000N．
答：（1）按“區(qū)間測(cè)速”標(biāo)準(zhǔn)判斷該貨車(chē)在AB段行駛超速；
（2）在水平路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)最多能裝沙子的體積為8m³，
（3）貨車(chē)在這段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)受到的阻力為6000N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了密度公式、重力公式、壓強(qiáng)公式、功率公式和二力平衡條件的應(yīng)用，關(guān)鍵是知道水平面上物體的壓力和自身的重力相等，此題綜合性較強(qiáng)，計(jì)算步驟繁瑣，屬于難題．