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11.某电动观光车的技术参数如下表：
| 空车质量 | 1 180 kg | 车身长度 | 3.8 m |
| 满载人员 | 12 人 | 电动机额定电压 | 48 V |
| 满载时轮胎与地面总接触面积 |
| 最大车速 | 45 km/h |
| 电动机效率 | 80% | 平路连续行驶里程 | ≤80 km |
根据以上技术参数，解答下列问题：(g取10 N/kg)
(1)设乘员的平均质量为60 kg，求满载时车对水平路面的压强。
(2)求观光车在水平路面上以最大速度匀速行驶$5×10^3$ m所用的时间。
| 空车质量 | 1 180 kg | 车身长度 | 3.8 m |
| 满载人员 | 12 人 | 电动机额定电压 | 48 V |
| 满载时轮胎与地面总接触面积 |
| 最大车速 | 45 km/h || 电动机效率 | 80% | 平路连续行驶里程 | ≤80 km |
根据以上技术参数，解答下列问题：(g取10 N/kg)
(1)设乘员的平均质量为60 kg，求满载时车对水平路面的压强。
(2)求观光车在水平路面上以最大速度匀速行驶$5×10^3$ m所用的时间。
答案
11.[解](1)满载时车对水平路面的压强
$p = \frac{F}{S} = \frac{G}{S} = \frac{(m_人+m_车)g}{S} =\frac{(60\ \mathrm{kg}×12+1\ 180\ \mathrm{kg})×10\ \mathrm{N/kg}}{4×250×10^{-4}\ \mathrm{m}^2}=1.9×10^5\ \mathrm{Pa}$
(2)观光车在水平路面上以最大速度匀速行驶$5×10^3\ \mathrm{m}$所用的时间 $t=\frac{s}{v}=\frac{5×10^3\ \mathrm{m}}{\frac{45}{3.6}\ \mathrm{m/s}}=400\ \mathrm{s}$
$p = \frac{F}{S} = \frac{G}{S} = \frac{(m_人+m_车)g}{S} =\frac{(60\ \mathrm{kg}×12+1\ 180\ \mathrm{kg})×10\ \mathrm{N/kg}}{4×250×10^{-4}\ \mathrm{m}^2}=1.9×10^5\ \mathrm{Pa}$
(2)观光车在水平路面上以最大速度匀速行驶$5×10^3\ \mathrm{m}$所用的时间 $t=\frac{s}{v}=\frac{5×10^3\ \mathrm{m}}{\frac{45}{3.6}\ \mathrm{m/s}}=400\ \mathrm{s}$
解析
【分析】
要解决这两个问题，需分别运用压强公式和速度公式计算：
1. 第一问中，水平路面上观光车对地面的压力等于总重力（空车重力与乘员总重力之和），先算出总质量，再求总重力；接触面积需将单位从$\mathrm{cm}^2$换算为$\mathrm{m}^2$，最后根据压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强。
2. 第二问中，已知行驶路程和最大速度，根据速度公式$v=\frac{s}{t}$变形得$t=\frac{s}{v}$，需将速度单位从$\mathrm{km/h}$换算为$\mathrm{m/s}$，保证单位统一后代入计算时间。
【解析】
(1) 满载时，乘员总质量：$m_人 = 12×60\ \mathrm{kg} = 720\ \mathrm{kg}$，
总质量：$m_总 = m_人 + m_车 = 720\ \mathrm{kg} + 1180\ \mathrm{kg} = 1900\ \mathrm{kg}$，
对水平路面的压力等于总重力：$F = G_总 = m_总 g = 1900\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg} = 19000\ \mathrm{N}$，
接触面积：$S = 4×250\ \mathrm{cm}^2 = 1000\ \mathrm{cm}^2 = 1000×10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 0.1\ \mathrm{m}^2$，
压强：$p = \frac{F}{S} = \frac{19000\ \mathrm{N}}{0.1\ \mathrm{m}^2} = 1.9×10^5\ \mathrm{Pa}$。
(2) 最大车速：$v = 45\ \mathrm{km/h} = \frac{45}{3.6}\ \mathrm{m/s} = 12.5\ \mathrm{m/s}$，
行驶时间：$t = \frac{s}{v} = \frac{5×10^3\ \mathrm{m}}{12.5\ \mathrm{m/s}} = 400\ \mathrm{s}$。
【答案】
(1) $1.9×10^5\ \mathrm{Pa}$；(2) $400\ \mathrm{s}$
【知识点】
压强计算、速度公式应用、单位换算
【点评】
本题结合电动观光车的实际参数，考查压强和速度的基础计算，关键是注意单位的统一（尤其是面积和速度的单位换算），属于基础力学应用题，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决这两个问题，需分别运用压强公式和速度公式计算：
1. 第一问中，水平路面上观光车对地面的压力等于总重力（空车重力与乘员总重力之和），先算出总质量，再求总重力；接触面积需将单位从$\mathrm{cm}^2$换算为$\mathrm{m}^2$，最后根据压强公式$p=\frac{F}{S}$计算压强。
2. 第二问中，已知行驶路程和最大速度，根据速度公式$v=\frac{s}{t}$变形得$t=\frac{s}{v}$，需将速度单位从$\mathrm{km/h}$换算为$\mathrm{m/s}$，保证单位统一后代入计算时间。
【解析】
(1) 满载时，乘员总质量：$m_人 = 12×60\ \mathrm{kg} = 720\ \mathrm{kg}$，
总质量：$m_总 = m_人 + m_车 = 720\ \mathrm{kg} + 1180\ \mathrm{kg} = 1900\ \mathrm{kg}$，
对水平路面的压力等于总重力：$F = G_总 = m_总 g = 1900\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg} = 19000\ \mathrm{N}$，
接触面积：$S = 4×250\ \mathrm{cm}^2 = 1000\ \mathrm{cm}^2 = 1000×10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 0.1\ \mathrm{m}^2$，
压强：$p = \frac{F}{S} = \frac{19000\ \mathrm{N}}{0.1\ \mathrm{m}^2} = 1.9×10^5\ \mathrm{Pa}$。
(2) 最大车速：$v = 45\ \mathrm{km/h} = \frac{45}{3.6}\ \mathrm{m/s} = 12.5\ \mathrm{m/s}$，
行驶时间：$t = \frac{s}{v} = \frac{5×10^3\ \mathrm{m}}{12.5\ \mathrm{m/s}} = 400\ \mathrm{s}$。
【答案】
(1) $1.9×10^5\ \mathrm{Pa}$；(2) $400\ \mathrm{s}$
【知识点】
压强计算、速度公式应用、单位换算
【点评】
本题结合电动观光车的实际参数，考查压强和速度的基础计算，关键是注意单位的统一（尤其是面积和速度的单位换算），属于基础力学应用题，难度适中。
【难度系数】
0.6
12.如图甲所示,高压锅是生活中一种密闭的烹饪容器,锅盖中央有一出气孔,孔上盖有限压阀,当锅内气压达到限定值时,限压阀被顶起放出部分气体,实现对锅内气体压强的调节。某高压锅盖出气孔横截面积为$12\ \mathrm{mm}^2$,限压阀的质量为$72\ \mathrm{g}$。锅内水沸点随气压变化如图乙所示,(大气压取$1.0× 10^5\ \mathrm{Pa},g=10\ \mathrm{N/kg}$)则 :
(1)由图乙可知,水的沸点随气压增大而(选填“升高”或“降低”),因此利用高压锅加热食物时水的沸点通常会(选填“高于”或“低于”)100 ℃,食物更易熟烂。
(2)通过物理的学习可以知道:正常工作时,高压锅锅内气体压强会比当时大气压强高。假如该款高压锅限压阀产生的压强为$0.6× 10^5\ \mathrm{Pa}$,则正常工作时高压锅锅内气体最大压强为$\mathrm{Pa}$,锅内水温最高可达到℃。
(3)从安全角度分析,高压锅使用过程最危险的情况是被非正常堵塞。为解决该安全问题,结构工程师增加了起备用保险作用的“安全阀”,安全阀中安装了用熔点较低的铝合金材料制成的“易熔片”。一旦限压阀失效,锅内压强过大,温度随之升高,当达到易熔片熔点时,易熔片熔化,锅内气体便从安全阀通道喷出,减小锅内压强,从而防止爆炸事故发生。
(4)为了大家可以更安全地使用高压锅,请你给出一条安全使用高压锅的建议:
。
(例如一次煮食物的量不可过多)
(1)由图乙可知,水的沸点随气压增大而(选填“升高”或“降低”),因此利用高压锅加热食物时水的沸点通常会(选填“高于”或“低于”)100 ℃,食物更易熟烂。
(2)通过物理的学习可以知道:正常工作时,高压锅锅内气体压强会比当时大气压强高。假如该款高压锅限压阀产生的压强为$0.6× 10^5\ \mathrm{Pa}$,则正常工作时高压锅锅内气体最大压强为$\mathrm{Pa}$,锅内水温最高可达到℃。
(3)从安全角度分析,高压锅使用过程最危险的情况是被非正常堵塞。为解决该安全问题,结构工程师增加了起备用保险作用的“安全阀”,安全阀中安装了用熔点较低的铝合金材料制成的“易熔片”。一旦限压阀失效,锅内压强过大,温度随之升高,当达到易熔片熔点时,易熔片熔化,锅内气体便从安全阀通道喷出,减小锅内压强,从而防止爆炸事故发生。
(4)为了大家可以更安全地使用高压锅,请你给出一条安全使用高压锅的建议:
。
(例如一次煮食物的量不可过多)
答案
12.(1)升高 高于
(2)$1.6×10^5$ 115
(3)出气孔
(4)避免出气孔堵塞,确保保险装置不失效
(2)$1.6×10^5$ 115
(3)出气孔
(4)避免出气孔堵塞,确保保险装置不失效
解析
【分析】
本题围绕高压锅的工作原理展开，需结合沸点与气压的关系、压强计算、安全常识等知识解题：
1. 第(1)题：观察图乙中气压与沸点的变化规律，回忆沸点随气压的变化关系，结合标准大气压下的沸点分析高压锅的沸点特点；
2. 第(2)题：明确锅内最大压强为大气压与限压阀产生的压强之和，代入数值计算后，对照图乙找到对应沸点；
3. 第(3)题：从高压锅的放气结构出发，分析堵塞关键通道的安全隐患；
4. 第(4)题：结合高压锅的安全风险，给出合理的安全使用建议。
【解析】
(1) 由图乙可知，水的沸点随气压增大而升高；标准大气压下（$1.0×10^5\ \mathrm{Pa}$）水的沸点为$100\ \mathrm{℃}$，高压锅工作时内部气压大于大气压，因此水的沸点高于$100\ \mathrm{℃}$。
(2) 正常工作时，锅内气体最大压强为大气压与限压阀产生的压强之和：
$p = p_0 + p_{\mathrm{限}} = 1.0×10^5\ \mathrm{Pa} + 0.6×10^5\ \mathrm{Pa} = 1.6×10^5\ \mathrm{Pa}$；
对照图乙，该压强对应的水的沸点为$115\ \mathrm{℃}$，即锅内水温最高可达到$115\ \mathrm{℃}$。
(3) 高压锅的出气孔是限压阀释放锅内气体的通道，若出气孔被非正常堵塞，锅内气压无法及时释放，会导致压强过大引发爆炸，因此最危险的情况是出气孔被非正常堵塞。
(4) 为安全使用高压锅，可建议：避免出气孔堵塞，确保保险装置不失效（或其他合理建议）。
【答案】
(1)升高；高于
(2)$1.6×10^5$；115
(3)出气孔
(4)避免出气孔堵塞，确保保险装置不失效
【知识点】
沸点与气压的关系、压强的计算、安全使用常识
【点评】
本题以生活中的高压锅为载体，将物理基础知识与实际安全问题结合，考查学生对知识点的应用能力，题目难度适中，贴近生活实际，体现了物理学科的实用性。
【难度系数】
0.5
本题围绕高压锅的工作原理展开，需结合沸点与气压的关系、压强计算、安全常识等知识解题：
1. 第(1)题：观察图乙中气压与沸点的变化规律，回忆沸点随气压的变化关系，结合标准大气压下的沸点分析高压锅的沸点特点；
2. 第(2)题：明确锅内最大压强为大气压与限压阀产生的压强之和，代入数值计算后，对照图乙找到对应沸点；
3. 第(3)题：从高压锅的放气结构出发，分析堵塞关键通道的安全隐患；
4. 第(4)题：结合高压锅的安全风险，给出合理的安全使用建议。
【解析】
(1) 由图乙可知，水的沸点随气压增大而升高；标准大气压下（$1.0×10^5\ \mathrm{Pa}$）水的沸点为$100\ \mathrm{℃}$，高压锅工作时内部气压大于大气压，因此水的沸点高于$100\ \mathrm{℃}$。
(2) 正常工作时，锅内气体最大压强为大气压与限压阀产生的压强之和：
$p = p_0 + p_{\mathrm{限}} = 1.0×10^5\ \mathrm{Pa} + 0.6×10^5\ \mathrm{Pa} = 1.6×10^5\ \mathrm{Pa}$；
对照图乙，该压强对应的水的沸点为$115\ \mathrm{℃}$，即锅内水温最高可达到$115\ \mathrm{℃}$。
(3) 高压锅的出气孔是限压阀释放锅内气体的通道，若出气孔被非正常堵塞，锅内气压无法及时释放，会导致压强过大引发爆炸，因此最危险的情况是出气孔被非正常堵塞。
(4) 为安全使用高压锅，可建议：避免出气孔堵塞，确保保险装置不失效（或其他合理建议）。
【答案】
(1)升高；高于
(2)$1.6×10^5$；115
(3)出气孔
(4)避免出气孔堵塞，确保保险装置不失效
【知识点】
沸点与气压的关系、压强的计算、安全使用常识
【点评】
本题以生活中的高压锅为载体，将物理基础知识与实际安全问题结合，考查学生对知识点的应用能力，题目难度适中，贴近生活实际，体现了物理学科的实用性。
【难度系数】
0.5
