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1.同学们讨论电动汽车和燃油汽车，内容如下。
小红说：“相比于燃油汽车，电动汽车在行驶时更平稳，噪声更小，而且省钱。电动汽车一般每100 km耗电15~18 kW·h，花费不到20元；而燃油汽车的油费一般为0.5~1元/km。”
小强说：“电动汽车的续驶里程（车辆储能装置充满状态下能够行驶的最大距离）不如燃油汽车，夏冬季使用空调时也会影响续驶里程，而且充电非常耗时间。”
小兰说：“燃油汽车会排放废气，电动汽车的电池组可反复充电使用，基本没有排放物，非常环保，对大气无污染。”
小明说：“电动汽车的电池组的能量密度（能量与质量的比值）没有汽油高。”
(1)A电动汽车的电池组含有的电能为$2.7×10^8$ J，电池组总质量约为300 kg。该电池组的能量密度是J/kg。能量密度相当于（选填“比热容”或“热值”）。已知汽油的热值为$4.6×10^7$ J/kg，小明的说法是（选填“正确”或“错误”）的。
(2)燃油汽车的核心是机，电动汽车的核心是电机，该装置将电能直接转为汽车的能，所以电动汽车的效率比燃油汽车。
(3)电动汽车的电池剩余电量为20%时，就会停止供电。当A电动汽车以72 km/h的速度匀速直线行驶时，每100 km消耗的电能为$5.4×10^7$ J，在某路段该电动汽车的续驶里程为km。若此路段电动汽车的效率为90%，则行驶100 km电动汽车获得的机械能为J，电动汽车受到的阻力约为N，该电动汽车的功率为W。
(4)若质量和外形与A电动汽车完全相同的燃油汽车，以相同速度在同一路面上匀速行驶100 km（即车辆获得的机械能与电动汽车相同），它的效率为25%，需要消耗汽油kg。（结果保留一位小数）
(5)关于燃油汽车和电动汽车，下列说法正确的是（填字母）。
A.电动汽车能量利用率高
B.电动汽车没有任何污染
C.电动汽车比燃油汽车环保
(6)有一款增程式电动汽车，相比纯电动汽车，增加了一套发动机与发电机的组合。当电池电量快耗尽时，可以通过燃烧汽油使发动机转动，从而带动发电机发电，驱动电机工作，汽车继续行驶。若增程器启动时，增程器和发电机的综合效率为50%，驱动电机的效率为90%，则汽车输出机械能的综合效率为%。
小红说：“相比于燃油汽车，电动汽车在行驶时更平稳，噪声更小，而且省钱。电动汽车一般每100 km耗电15~18 kW·h，花费不到20元；而燃油汽车的油费一般为0.5~1元/km。”
小强说：“电动汽车的续驶里程（车辆储能装置充满状态下能够行驶的最大距离）不如燃油汽车，夏冬季使用空调时也会影响续驶里程，而且充电非常耗时间。”
小兰说：“燃油汽车会排放废气，电动汽车的电池组可反复充电使用，基本没有排放物，非常环保，对大气无污染。”
小明说：“电动汽车的电池组的能量密度（能量与质量的比值）没有汽油高。”
(1)A电动汽车的电池组含有的电能为$2.7×10^8$ J，电池组总质量约为300 kg。该电池组的能量密度是J/kg。能量密度相当于（选填“比热容”或“热值”）。已知汽油的热值为$4.6×10^7$ J/kg，小明的说法是（选填“正确”或“错误”）的。
(2)燃油汽车的核心是机，电动汽车的核心是电机，该装置将电能直接转为汽车的能，所以电动汽车的效率比燃油汽车。
(3)电动汽车的电池剩余电量为20%时，就会停止供电。当A电动汽车以72 km/h的速度匀速直线行驶时，每100 km消耗的电能为$5.4×10^7$ J，在某路段该电动汽车的续驶里程为km。若此路段电动汽车的效率为90%，则行驶100 km电动汽车获得的机械能为J，电动汽车受到的阻力约为N，该电动汽车的功率为W。
(4)若质量和外形与A电动汽车完全相同的燃油汽车，以相同速度在同一路面上匀速行驶100 km（即车辆获得的机械能与电动汽车相同），它的效率为25%，需要消耗汽油kg。（结果保留一位小数）
(5)关于燃油汽车和电动汽车，下列说法正确的是（填字母）。
A.电动汽车能量利用率高
B.电动汽车没有任何污染
C.电动汽车比燃油汽车环保
(6)有一款增程式电动汽车，相比纯电动汽车，增加了一套发动机与发电机的组合。当电池电量快耗尽时，可以通过燃烧汽油使发动机转动，从而带动发电机发电，驱动电机工作，汽车继续行驶。若增程器启动时，增程器和发电机的综合效率为50%，驱动电机的效率为90%，则汽车输出机械能的综合效率为%。
答案
解：
(1) 电池组的能量密度：$\frac{2.7×10^8\ \mathrm{J}}{300\ \mathrm{kg}}=9×10^5\ \mathrm{J/kg}$；
能量密度是单位质量物质所含的能量，和热值的物理意义相当；
$9×10^5\ \mathrm{J/kg}＜4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$，小明的说法正确。
答案依次为：$\boldsymbol{9×10^5}$；$\boldsymbol{热值}$；$\boldsymbol{正确}$。
(2) 燃油汽车的核心是内燃机；电机将电能直接转化为汽车的机械能；电动汽车的效率比燃油汽车高。
答案依次为：$\boldsymbol{内燃}$；$\boldsymbol{机械}$；$\boldsymbol{高}$。
(3) 电池可用于驱动的电能：$W_{\mathrm{总有效}}=2.7×10^8\ \mathrm{J}×(1-20\%)=2.16×10^8\ \mathrm{J}$，
续驶里程：$s=\frac{2.16×10^8\ \mathrm{J}}{5.4×10^7\ \mathrm{J}}×100\ \mathrm{km}=400\ \mathrm{km}$；
行驶100km获得的机械能：$W_{\mathrm{机}}=5.4×10^7\ \mathrm{J}×90\%=4.86×10^7\ \mathrm{J}$；
匀速行驶时牵引力等于阻力，由$W=Fs$得：$f=F=\frac{W_{\mathrm{机}}}{s'}=\frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{1×10^5\ \mathrm{m}}=486\ \mathrm{N}$；
速度$v=72\ \mathrm{km/h}=20\ \mathrm{m/s}$，功率$P=Fv=486\ \mathrm{N}×20\ \mathrm{m/s}=9720\ \mathrm{W}$。
答案依次为：$\boldsymbol{400}$；$\boldsymbol{4.86×10^7}$；$\boldsymbol{486}$；$\boldsymbol{9720}$。
(4) 燃油汽车需要汽油完全燃烧放出的热量：$Q_{\mathrm{放}}=\frac{W_{\mathrm{机}}}{\eta_{\mathrm{油}}}=\frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{25\%}=1.944×10^8\ \mathrm{J}$，
消耗汽油的质量：$m=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{q}=\frac{1.944×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}\approx4.2\ \mathrm{kg}$。
答案为：$\boldsymbol{4.2}$。
(5) 电动汽车能量利用率高，基本无尾气排放比燃油汽车环保，但废弃电池仍有污染，故选AC。
答案为：$\boldsymbol{AC}$。
(6) 综合效率：$\eta_{\mathrm{总}}=50\%×90\%=45\%$。
答案为：$\boldsymbol{45}$。
(1) 电池组的能量密度：$\frac{2.7×10^8\ \mathrm{J}}{300\ \mathrm{kg}}=9×10^5\ \mathrm{J/kg}$；
能量密度是单位质量物质所含的能量，和热值的物理意义相当；
$9×10^5\ \mathrm{J/kg}＜4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$，小明的说法正确。
答案依次为：$\boldsymbol{9×10^5}$；$\boldsymbol{热值}$；$\boldsymbol{正确}$。
(2) 燃油汽车的核心是内燃机；电机将电能直接转化为汽车的机械能；电动汽车的效率比燃油汽车高。
答案依次为：$\boldsymbol{内燃}$；$\boldsymbol{机械}$；$\boldsymbol{高}$。
(3) 电池可用于驱动的电能：$W_{\mathrm{总有效}}=2.7×10^8\ \mathrm{J}×(1-20\%)=2.16×10^8\ \mathrm{J}$，
续驶里程：$s=\frac{2.16×10^8\ \mathrm{J}}{5.4×10^7\ \mathrm{J}}×100\ \mathrm{km}=400\ \mathrm{km}$；
行驶100km获得的机械能：$W_{\mathrm{机}}=5.4×10^7\ \mathrm{J}×90\%=4.86×10^7\ \mathrm{J}$；
匀速行驶时牵引力等于阻力，由$W=Fs$得：$f=F=\frac{W_{\mathrm{机}}}{s'}=\frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{1×10^5\ \mathrm{m}}=486\ \mathrm{N}$；
速度$v=72\ \mathrm{km/h}=20\ \mathrm{m/s}$，功率$P=Fv=486\ \mathrm{N}×20\ \mathrm{m/s}=9720\ \mathrm{W}$。
答案依次为：$\boldsymbol{400}$；$\boldsymbol{4.86×10^7}$；$\boldsymbol{486}$；$\boldsymbol{9720}$。
(4) 燃油汽车需要汽油完全燃烧放出的热量：$Q_{\mathrm{放}}=\frac{W_{\mathrm{机}}}{\eta_{\mathrm{油}}}=\frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{25\%}=1.944×10^8\ \mathrm{J}$，
消耗汽油的质量：$m=\frac{Q_{\mathrm{放}}}{q}=\frac{1.944×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}\approx4.2\ \mathrm{kg}$。
答案为：$\boldsymbol{4.2}$。
(5) 电动汽车能量利用率高，基本无尾气排放比燃油汽车环保，但废弃电池仍有污染，故选AC。
答案为：$\boldsymbol{AC}$。
(6) 综合效率：$\eta_{\mathrm{总}}=50\%×90\%=45\%$。
答案为：$\boldsymbol{45}$。
解析
【分析】
本题围绕电动汽车与燃油汽车的能量相关问题展开，涉及能量密度、热值、效率、功与功率等物理概念，需结合各小问的具体条件，运用对应公式逐步计算，同时结合实际情况分析选项。解题时需明确各物理量的定义，如能量密度是单位质量的能量，效率是有用能量与总能量的比值，匀速行驶时牵引力等于阻力等关键知识点。
【解析】
(1) 能量密度相关计算
能量密度是单位质量物质所含的能量，因此电池组的能量密度为：
$\frac{2.7×10^8\ \mathrm{J}}{300\ \mathrm{kg}} = 9×10^5\ \mathrm{J/kg}$；
热值是单位质量燃料完全燃烧放出的热量，与能量密度的物理意义一致；
已知汽油热值为$4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$，显然$9×10^5\ \mathrm{J/kg} ＜ 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$，故小明的说法正确。
(2) 汽车核心装置与能量转化
燃油汽车的核心是内燃机，通过燃烧燃料获得动力；电动汽车的核心是电机，将电能直接转化为机械能；由于电机的能量损耗远小于内燃机，因此电动汽车效率更高。
(3) 续驶里程、机械能、阻力与功率计算
电池剩余电量为20%，则可用于驱动的有效电能为：
$W_{\mathrm{总有效}} = 2.7×10^8\ \mathrm{J}×(1 - 20\%) = 2.16×10^8\ \mathrm{J}$；
每100 km消耗电能$5.4×10^7\ \mathrm{J}$，故续驶里程为：
$s = \frac{2.16×10^8\ \mathrm{J}}{5.4×10^7\ \mathrm{J}}×100\ \mathrm{km} = 400\ \mathrm{km}$；
行驶100 km获得的机械能为消耗电能乘以效率：
$W_{\mathrm{机}} = 5.4×10^7\ \mathrm{J}×90\% = 4.86×10^7\ \mathrm{J}$；
匀速行驶时牵引力等于阻力，由$W = Fs$得阻力：
$f = F = \frac{W_{\mathrm{机}}}{s'} = \frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{1×10^5\ \mathrm{m}} = 486\ \mathrm{N}$；
速度$v = 72\ \mathrm{km/h} = 20\ \mathrm{m/s}$，功率$P = Fv = 486\ \mathrm{N}×20\ \mathrm{m/s} = 9720\ \mathrm{W}$。
(4) 燃油汽车消耗汽油质量计算
燃油汽车获得相同机械能，需要汽油完全燃烧放出的热量为：
$Q_{\mathrm{放}} = \frac{W_{\mathrm{机}}}{\eta_{\mathrm{油}}} = \frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{25\%} = 1.944×10^8\ \mathrm{J}$；
消耗汽油的质量：
$m = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q} = \frac{1.944×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}} ≈ 4.2\ \mathrm{kg}$。
(5) 选项分析
A. 电动汽车能量利用率高，正确；
B. 电动汽车基本无尾气排放，但废弃电池有污染，错误；
C. 电动汽车比燃油汽车环保，正确；故选AC。
(6) 综合效率计算
增程器和发电机效率为50%，驱动电机效率为90%，则综合效率为两者乘积：
$\eta_{\mathrm{总}} = 50\%×90\% = 45\%$。
【答案】
(1) $9×10^5$；热值；正确
(2) 内燃；机械；高
(3) 400；$4.86×10^7$；486；9720
(4) 4.2
(5) AC
(6) 45
【知识点】
能量密度、热值与效率、功和功率、内燃机与电机
【点评】
本题结合电动汽车与燃油汽车的实际应用，考查物理概念和公式的综合运用，需要学生将理论知识与生活实例结合，明确各物理量的定义及相互关系，难度适中，注重知识的应用能力。
【难度系数】
0.6
本题围绕电动汽车与燃油汽车的能量相关问题展开，涉及能量密度、热值、效率、功与功率等物理概念，需结合各小问的具体条件，运用对应公式逐步计算，同时结合实际情况分析选项。解题时需明确各物理量的定义，如能量密度是单位质量的能量，效率是有用能量与总能量的比值，匀速行驶时牵引力等于阻力等关键知识点。
【解析】
(1) 能量密度相关计算
能量密度是单位质量物质所含的能量，因此电池组的能量密度为：
$\frac{2.7×10^8\ \mathrm{J}}{300\ \mathrm{kg}} = 9×10^5\ \mathrm{J/kg}$；
热值是单位质量燃料完全燃烧放出的热量，与能量密度的物理意义一致；
已知汽油热值为$4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$，显然$9×10^5\ \mathrm{J/kg} ＜ 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$，故小明的说法正确。
(2) 汽车核心装置与能量转化
燃油汽车的核心是内燃机，通过燃烧燃料获得动力；电动汽车的核心是电机，将电能直接转化为机械能；由于电机的能量损耗远小于内燃机，因此电动汽车效率更高。
(3) 续驶里程、机械能、阻力与功率计算
电池剩余电量为20%，则可用于驱动的有效电能为：
$W_{\mathrm{总有效}} = 2.7×10^8\ \mathrm{J}×(1 - 20\%) = 2.16×10^8\ \mathrm{J}$；
每100 km消耗电能$5.4×10^7\ \mathrm{J}$，故续驶里程为：
$s = \frac{2.16×10^8\ \mathrm{J}}{5.4×10^7\ \mathrm{J}}×100\ \mathrm{km} = 400\ \mathrm{km}$；
行驶100 km获得的机械能为消耗电能乘以效率：
$W_{\mathrm{机}} = 5.4×10^7\ \mathrm{J}×90\% = 4.86×10^7\ \mathrm{J}$；
匀速行驶时牵引力等于阻力，由$W = Fs$得阻力：
$f = F = \frac{W_{\mathrm{机}}}{s'} = \frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{1×10^5\ \mathrm{m}} = 486\ \mathrm{N}$；
速度$v = 72\ \mathrm{km/h} = 20\ \mathrm{m/s}$，功率$P = Fv = 486\ \mathrm{N}×20\ \mathrm{m/s} = 9720\ \mathrm{W}$。
(4) 燃油汽车消耗汽油质量计算
燃油汽车获得相同机械能，需要汽油完全燃烧放出的热量为：
$Q_{\mathrm{放}} = \frac{W_{\mathrm{机}}}{\eta_{\mathrm{油}}} = \frac{4.86×10^7\ \mathrm{J}}{25\%} = 1.944×10^8\ \mathrm{J}$；
消耗汽油的质量：
$m = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q} = \frac{1.944×10^8\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}} ≈ 4.2\ \mathrm{kg}$。
(5) 选项分析
A. 电动汽车能量利用率高，正确；
B. 电动汽车基本无尾气排放，但废弃电池有污染，错误；
C. 电动汽车比燃油汽车环保，正确；故选AC。
(6) 综合效率计算
增程器和发电机效率为50%，驱动电机效率为90%，则综合效率为两者乘积：
$\eta_{\mathrm{总}} = 50\%×90\% = 45\%$。
【答案】
(1) $9×10^5$；热值；正确
(2) 内燃；机械；高
(3) 400；$4.86×10^7$；486；9720
(4) 4.2
(5) AC
(6) 45
【知识点】
能量密度、热值与效率、功和功率、内燃机与电机
【点评】
本题结合电动汽车与燃油汽车的实际应用，考查物理概念和公式的综合运用，需要学生将理论知识与生活实例结合，明确各物理量的定义及相互关系，难度适中，注重知识的应用能力。
【难度系数】
0.6
