Question

2．隨著人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)走進我們的家庭．小林的爸爸最近也購買了一輛轎車．

（1）“轎車不但要吃油，有時也要喝水”，汽油是不可再生（選填“可再生”或“不可再生”）能源，用水冷卻發(fā)動機是因為水的比熱容大，在發(fā)動機開始工作后一段時間內(nèi)，水箱中水的內(nèi)能會增大，這是通過熱傳遞方式來改變內(nèi)能的．
（2）下列四個實驗中（圖2所示），其能量轉(zhuǎn)化方式與圖1所示汽油機對應沖程類似的是A．
（3）轎車在上坡時，將檔位換成低速檔，以減小行駛的速度，這樣做的目的是D．
A．安全B．省油   C．減小行駛時的阻力    D．增大爬坡的牽引力
（4）小林通過測量獲得轎車以不同速度行駛時對應的制動距離（即從操縱制動剎車到車停下來的距離），數(shù)據(jù)如表所示：

速度v/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制動距離s/m	8	18		50	72

根據(jù)表中數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律，當轎車速度為80km/h時對應的制動距離是32m．
（5）小林通過上網(wǎng)查到了這種轎車的輸出功率與轉(zhuǎn)速的關系如圖3所示．小林又向爸爸詢問了一些實測數(shù)據(jù)：轎車行駛的路況好，平均車速為100km/h，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min，平均油耗為9L/100km，參考圖中的數(shù)據(jù)，分析這輛汽車在這種狀態(tài)下行駛時，發(fā)動機的效率為32.6%．（已知汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，密度為0.8×10³kg/m³）
（6）太陽能汽車利用太陽能來驅(qū)動，真正實現(xiàn)了零排放，有效地減少了對環(huán)境的污染．汽車頂部所安裝的太陽能電池板的有效面積為6m²，太陽光照射到地面時單位面積上的輻射功率為1.2×10³W/m²，如將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為15%，則電池的輸出功率為1080W，如果這輛汽車的電動機將電能最終轉(zhuǎn)化為機械能的效率為80%，當汽車在水平面上勻速行駛時，受到的牽引力為80N，則汽車的行駛速度為38.88km/h．

Answer 1

分析 （1）能在自然界源源不斷的獲得的是可再生能源；在短時間內(nèi)不能在自然界獲得補充的屬于不可再生能源．與其它液體相比，水的比熱容最大，在質(zhì)量和升高的溫度相同時，水吸收的熱量最多．改變物體內(nèi)能有兩個方法：做功和熱傳遞．其中做功改變內(nèi)能本質(zhì)是機械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，熱傳遞改變內(nèi)能本質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．
（2）由進氣門和排氣門的關閉和打開情況、活塞的上行和下行情況來判斷是哪個沖程；汽油機四個沖程中壓縮沖程是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，做功沖程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，排氣和吸氣沖程沒有能的轉(zhuǎn)化．
（3）對于汽車來說，其最大功率是一定的，由P=Fv可知，只有減小速度，才能得到更大的牽引力，更有利于上坡；
（4）由對表格中速度和制動距離的關系的分析我們可以得出制動距離應與速度的平方成正比，則可得速度為80km/h時的制動距離；
（5）由圖讀出發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min時的輸出功率，根據(jù)W=Pt求出每小時對外所做的有用功，根據(jù)Q=mq=ρVq求出汽油完全燃燒釋放的熱量，根據(jù)η=$\frac{W}{Q}$×100%求出發(fā)動機的效率．
（6）太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為15%，據(jù)此求出電能的功率；太根據(jù)電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率可計算出其機械功率，再根據(jù)公式P=Fv可得出汽車運行的速度．

解答 解：
（1）從能源可否再生的角度看，汽油來源于石油，石油是經(jīng)過幾百萬年的演變形成的，汽油是從石油中提煉出來的，屬于不可再生能源；
汽車發(fā)動機工作過程中，不可避免地產(chǎn)生很多熱量，這些熱量如不及時帶走會影響機器的正常工作．由公式Q=cm△t知，在質(zhì)量和升高的溫度相同時，與其它液體比較，因為水的比熱最大，所以吸收的熱量最多，冷卻效果最好．發(fā)動機工作過程中會產(chǎn)生熱量，熱量傳遞到水，所以水的內(nèi)能增加．這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的．
（2）A、電火花發(fā)生器點火后將盒蓋頂出，此時燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化機械能，故與題目中的情境相同，故A正確；
B、滾擺向下運動，動能增加，重力勢能減小，所以是重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程，故B錯誤；
C、向下壓縮空氣引火儀，即將機械能轉(zhuǎn)化為儀器內(nèi)部空氣的內(nèi)能，所以是將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，故C錯誤；
D、酒精燈加熱杯中冷水，這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的，故D錯誤；
故選A．
（3）由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的變形式F=$\frac{P}{v}$可知，汽車的最大功率一定時，減小行駛速度時，可以獲得更大的牽引力，故選D．
（4）通過對1、2、4、5的分析可知，速度越大制動距離越大，即制動距離一定與速度有關，但明顯不是正比關系，
故可以想到可能與速度的平方成正比，通過計算可知制動距離的確與速度的平方成正比，
所以有$\frac{{（40km/h）}^{2}}{8}$=$\frac{（80km/h）^{2}}{s}$，
解得：80km/h的制動距離為32m；
（5）由發(fā)動機輸出特性曲線可知：發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min時，其輸出功率約為30kW，
每小時對外所做的有用功：
W=Pt=30×10³W×3600s=1.08×10⁸J；
行駛100km消耗的汽油是9L=9dm³=9×10^-3m³，則完全燃燒釋放的熱量：
Q=mq=ρVq=0.8×10³kg/m³×9×10^-3m³×4.6×10⁷J/kg=3.312×10⁸J，
發(fā)動機的效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.312×1{0}^{8}J}$×100%≈32.6%．
（6）太陽光照射到地面時單位面積上的輻射功率為1.2×10³W/m²，如將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率為15%，則電池的輸出功率為P=P_太陽能η=1.2×10³W/m²×6m²×15%=1080W；
因為電能最終轉(zhuǎn)化為機械能的效率為80%，所以P_機械=P×η′=1080W×80%=864W；
由公式P=Fv可得汽車的行駛速度：
v=$\frac{{P}_{機械}}{F}$=$\frac{864W}{80N}$=10.8m/s=38.88km/h．
故答案為：（1）不可再生；比熱容；增大；熱傳遞；（2）A；（3）D；（4）32；（5）32.6；（6）1080；38.88．

點評 本題通過家用轎車為載體，考查了學生對有關熱機的計算和能量的轉(zhuǎn)化、水的比熱容較大的特點、改變內(nèi)能的方法、功率公式的應用、總功工作、效率公式的應用等，知識點多、綜合性強，屬于難題，要求靈活運用所學知識！