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6.(4分)某款油电混动小汽车的空车质量为950 kg。在某次测试中,质量为50 kg的测试员驾驶该车以72 km/h的速度匀速直线行驶0.5 h。该车前进时牵引力为重力的$\frac{1}{10}$,牵引力做的功及功率分别是多少?(g取10 N/kg)
答案
解：
车和测试员的总质量：
$m_{\mathrm{总}}=m_{\mathrm{车}}+m_{\mathrm{人}}=950\ \mathrm{kg}+50\ \mathrm{kg}=1000\ \mathrm{kg}$
总重力：
$G=m_{\mathrm{总}}g=1000\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=1 × 10^4\ \mathrm{N}$
牵引力：
$F=\frac{1}{10}G=\frac{1}{10} × 1 × 10^4\ \mathrm{N}=1000\ \mathrm{N}$
行驶的路程：
$s=vt=72\ \mathrm{km/h} × 0.5\ \mathrm{h}=36\ \mathrm{km}=3.6 × 10^4\ \mathrm{m}$
牵引力做的功：
$W=Fs=1000\ \mathrm{N} × 3.6 × 10^4\ \mathrm{m}=3.6 × 10^7\ \mathrm{J}$
行驶时间$t=0.5\ \mathrm{h}=1800\ \mathrm{s}$，牵引力的功率：
$P=\frac{W}{t}=\frac{3.6 × 10^7\ \mathrm{J}}{1800\ \mathrm{s}}=2 × 10^4\ \mathrm{W}$
答：牵引力做的功为$3.6 × 10^7\ \mathrm{J}$，功率为$2 × 10^4\ \mathrm{W}$。
车和测试员的总质量：
$m_{\mathrm{总}}=m_{\mathrm{车}}+m_{\mathrm{人}}=950\ \mathrm{kg}+50\ \mathrm{kg}=1000\ \mathrm{kg}$
总重力：
$G=m_{\mathrm{总}}g=1000\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=1 × 10^4\ \mathrm{N}$
牵引力：
$F=\frac{1}{10}G=\frac{1}{10} × 1 × 10^4\ \mathrm{N}=1000\ \mathrm{N}$
行驶的路程：
$s=vt=72\ \mathrm{km/h} × 0.5\ \mathrm{h}=36\ \mathrm{km}=3.6 × 10^4\ \mathrm{m}$
牵引力做的功：
$W=Fs=1000\ \mathrm{N} × 3.6 × 10^4\ \mathrm{m}=3.6 × 10^7\ \mathrm{J}$
行驶时间$t=0.5\ \mathrm{h}=1800\ \mathrm{s}$，牵引力的功率：
$P=\frac{W}{t}=\frac{3.6 × 10^7\ \mathrm{J}}{1800\ \mathrm{s}}=2 × 10^4\ \mathrm{W}$
答：牵引力做的功为$3.6 × 10^7\ \mathrm{J}$，功率为$2 × 10^4\ \mathrm{W}$。
7.(6分)发动机是汽车的核心部件，某汽车发动机是以92号汽油为燃料的内燃机。在某次测试中，汽车在$1.5×10^3$ s内于水平路面上匀速行驶$4.6×10^4$ m，该过程中汽车的牵引力为3000 N，汽车消耗汽油12 kg。(汽油的热值为$4.6×10^7$ J/kg)
(1)汽车的内燃机一个工作循环的四个冲程如图所示，图中四个冲程的顺序是 (填序号)。
(2)(2分)匀速行驶过程中，牵引力做的功率为多少？
(3)(2分)汽油完全燃烧释放的能量转化为汽车克服阻力做功的效率是多少？
(1)汽车的内燃机一个工作循环的四个冲程如图所示，图中四个冲程的顺序是 (填序号)。
(2)(2分)匀速行驶过程中，牵引力做的功率为多少？
(3)(2分)汽油完全燃烧释放的能量转化为汽车克服阻力做功的效率是多少？
答案
解：
(1) $\boldsymbol{③①④②}$
(2) 牵引力做的功：
$W = Fs = 3000\ \mathrm{N} × 4.6× 10^4\ \mathrm{m} = 1.38× 10^8\ \mathrm{J}$
牵引力做功的功率：
$P = \frac{W}{t} = \frac{1.38× 10^8\ \mathrm{J}}{1.5× 10^3\ \mathrm{s}} = 9.2× 10^4\ \mathrm{W}$
(3) 汽油完全燃烧释放的总能量：
$Q_{\mathrm{放}} = mq = 12\ \mathrm{kg} × 4.6× 10^7\ \mathrm{J/kg} = 5.52× 10^8\ \mathrm{J}$
转化效率：
$\eta = \frac{W}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.38× 10^8\ \mathrm{J}}{5.52× 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% = 25\%$
答：(2) 匀速行驶过程中牵引力做功的功率为$9.2× 10^4\ \mathrm{W}$；(3) 对应的能量转化效率为25%。
(1) $\boldsymbol{③①④②}$
(2) 牵引力做的功：
$W = Fs = 3000\ \mathrm{N} × 4.6× 10^4\ \mathrm{m} = 1.38× 10^8\ \mathrm{J}$
牵引力做功的功率：
$P = \frac{W}{t} = \frac{1.38× 10^8\ \mathrm{J}}{1.5× 10^3\ \mathrm{s}} = 9.2× 10^4\ \mathrm{W}$
(3) 汽油完全燃烧释放的总能量：
$Q_{\mathrm{放}} = mq = 12\ \mathrm{kg} × 4.6× 10^7\ \mathrm{J/kg} = 5.52× 10^8\ \mathrm{J}$
转化效率：
$\eta = \frac{W}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.38× 10^8\ \mathrm{J}}{5.52× 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% = 25\%$
答：(2) 匀速行驶过程中牵引力做功的功率为$9.2× 10^4\ \mathrm{W}$；(3) 对应的能量转化效率为25%。
8.(12分)气压超跑动力小车是通过瓶内高压气体喷出,产生反冲力推动前进的装置(如图所示)。小科和同学们一起设计了如下实验,进行探究活动。
[探究任务]探究影响气压超跑动力小车运动距离的因素。
[实验器材]相同规格的气压超跑小车、打气筒、刻度尺、不同容积的高压气瓶(500 mL、1000 mL、1500 mL)、不同质量的配重砝码(50 g、100 g、150 g)。
[实验数据]
①探究气瓶容积对运动距离的影响(控制配重质量为100 g,打气次数均为10次)
②探究配重质量对运动距离的影响(控制气瓶容积为1000 mL,打气次数均为10次)
请回答下列问题。
(1)实验中用到的科学探究方法是。
(2)分析实验数据可知:在其他条件相同的情况下,气瓶容积越大,小车运动距离;配重质量越大,小车运动距离。
(3)结合所学科学原理,解释气瓶容积影响运动距离的原因:。
(4)若要进一步探究打气次数对小车运动距离的影响,需要控制的变量是和。
[探究任务]探究影响气压超跑动力小车运动距离的因素。
[实验器材]相同规格的气压超跑小车、打气筒、刻度尺、不同容积的高压气瓶(500 mL、1000 mL、1500 mL)、不同质量的配重砝码(50 g、100 g、150 g)。
[实验数据]
①探究气瓶容积对运动距离的影响(控制配重质量为100 g,打气次数均为10次)
②探究配重质量对运动距离的影响(控制气瓶容积为1000 mL,打气次数均为10次)
请回答下列问题。
(1)实验中用到的科学探究方法是。
(2)分析实验数据可知:在其他条件相同的情况下,气瓶容积越大,小车运动距离;配重质量越大,小车运动距离。
(3)结合所学科学原理,解释气瓶容积影响运动距离的原因:。
(4)若要进一步探究打气次数对小车运动距离的影响,需要控制的变量是和。
答案
解：
(1) 控制变量法
(2) 越远；越近
(3) 其他条件相同时，打气次数相同，气瓶容积越大，瓶内储存的高压气体总量越多，气体喷出时产生的总反冲作用对小车做的功越多，小车获得的动能越大，运动的距离就越远
(4) 气瓶容积；配重质量
(1) 控制变量法
(2) 越远；越近
(3) 其他条件相同时，打气次数相同，气瓶容积越大，瓶内储存的高压气体总量越多，气体喷出时产生的总反冲作用对小车做的功越多，小车获得的动能越大，运动的距离就越远
(4) 气瓶容积；配重质量
