登录
8. 新素材创新装置 目前大多数汽车刹车采用油压制动,其原理是驾驶员踩下刹车踏板,向刹车总泵中的刹车油施加压力,卡钳夹紧刹车盘从而产生巨大摩擦力使车辆减速.从时速100公里到静止可能只需要几秒而已,油压制动刹车时消耗的动能最终被释放掉,造成了能源的浪费.为节约能源,现在的混合动力汽车采用再生制动器,它能把汽车刹车制动时消耗的动能部分转化为电能储存在蓄电池中,同时产生汽车所需的制动力,从而有效减少了汽车的燃油消耗和制动器摩擦片的磨损;储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机,直至汽车停止的过程中,通过发电机将动能转化为电能的效率.
[图1]
(1)汽车在行驶过程中,很多部位会发热,如:
①发动机外壳发烫;②轮胎发热;③刹车片发热;④水箱中的水变热.其中主要属于通过做功改变内能的是
A. ①②③④
B. ②④
C. ②③
D. ①③
(2)测试时,汽车在大小为1 000 N的牵引力作用下,以25 m/s的速度正常行驶1 000 m,汽车牵引力的功率为
(3)某次测试储能效率时,先让汽车正常行驶,然后关闭发动机,分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下,汽车通过的路程$s$与对应的速度大小$v$,计算出动能$E_{\mathrm{k}}$,画出$E_{\mathrm{k}}$随$s$变化的图像如图乙所示;则图中表示开启再生制动器的图线是
(4)在本次测试过程中,由图像可知本次测试的储能效率为
[图1]
(1)汽车在行驶过程中,很多部位会发热,如:
①发动机外壳发烫;②轮胎发热;③刹车片发热;④水箱中的水变热.其中主要属于通过做功改变内能的是
C
.A. ①②③④
B. ②④
C. ②③
D. ①③
(2)测试时,汽车在大小为1 000 N的牵引力作用下,以25 m/s的速度正常行驶1 000 m,汽车牵引力的功率为
$2.5×10^{4}$
W;如果汽车在制动时产生的刹车阻力恒为$1.0×10^{4}\ \mathrm{N}$,该制动过程中汽车行驶的$s-t$的关系如图甲所示,则在0~0.5 s内汽车克服刹车阻力所做的功为$1.0×10^{5}$
J.(3)某次测试储能效率时,先让汽车正常行驶,然后关闭发动机,分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下,汽车通过的路程$s$与对应的速度大小$v$,计算出动能$E_{\mathrm{k}}$,画出$E_{\mathrm{k}}$随$s$变化的图像如图乙所示;则图中表示开启再生制动器的图线是
②
.(4)在本次测试过程中,由图像可知本次测试的储能效率为
40%
.答案
8. (1)C (2)$2.5×10^{4}$ $1.0×10^{5}$ (3)② (4)40%
解析:(1)发动机外壳发烫,是由于内部机器运作,把热量传递到发动机外壳,这是通过热传递改变内能;轮胎发热,是汽车行驶时,轮胎克服摩擦力做功,改变轮胎内能;刹车片发热,是刹车过程克服摩擦力做功,改变刹车片内能;水箱中的水变热,是发动机放出的热量传递给水箱中的水,这是通过热传递改变内能;综上所述,C符合题意.
(2)牵引力为1000 N,汽车速度为25 m/s,根据$P=Fv$可知,汽车牵引力的功率为$P=Fv=1000N×25m/s=2.5×$$10^{4}W$.已知刹车阻力恒为$1.0×10^{4}N$,再结合图甲,在0~0.5 s内汽车行驶的路程为10 m,该过程汽车克服刹车阻力所做的功为$W=fs=1.0×10^{4}N×10m=1.0×10^{5}J.$
(3)当关闭发动机后,再关闭再生制动器,动能全部转化为内能;如果开启再生制动器,有部分动能转化为电能,相同距离内动能变化量更大,所以表示开启再生制动器的图线是②.
(4)从图乙可以看到,正常行驶的情况下,关闭发动机后行驶的路程为$s'=40m-30m=10m$,那么动能转化为内能的效率为$\eta =\frac {s''}{s'}×100\% =\frac {36m-30m}{10m}×100\% =60\% $,而储能效率为$\eta '=1-\eta =1-60\% =40\% $,故本次测试的储能效率为40%.
解析:(1)发动机外壳发烫,是由于内部机器运作,把热量传递到发动机外壳,这是通过热传递改变内能;轮胎发热,是汽车行驶时,轮胎克服摩擦力做功,改变轮胎内能;刹车片发热,是刹车过程克服摩擦力做功,改变刹车片内能;水箱中的水变热,是发动机放出的热量传递给水箱中的水,这是通过热传递改变内能;综上所述,C符合题意.
(2)牵引力为1000 N,汽车速度为25 m/s,根据$P=Fv$可知,汽车牵引力的功率为$P=Fv=1000N×25m/s=2.5×$$10^{4}W$.已知刹车阻力恒为$1.0×10^{4}N$,再结合图甲,在0~0.5 s内汽车行驶的路程为10 m,该过程汽车克服刹车阻力所做的功为$W=fs=1.0×10^{4}N×10m=1.0×10^{5}J.$
(3)当关闭发动机后,再关闭再生制动器,动能全部转化为内能;如果开启再生制动器,有部分动能转化为电能,相同距离内动能变化量更大,所以表示开启再生制动器的图线是②.
(4)从图乙可以看到,正常行驶的情况下,关闭发动机后行驶的路程为$s'=40m-30m=10m$,那么动能转化为内能的效率为$\eta =\frac {s''}{s'}×100\% =\frac {36m-30m}{10m}×100\% =60\% $,而储能效率为$\eta '=1-\eta =1-60\% =40\% $,故本次测试的储能效率为40%.
解析
【分析】
这道题结合混合动力汽车再生制动的真实新情景，我们可以分小问逐步梳理思路：
1. 第(1)问：明确改变内能的两种方式是做功和热传递，逐个分析四个发热现象的成因，判断是能量的转化（做功）还是能量的转移（热传递），即可选出正确选项。
2. 第(2)问：已知牵引力和行驶速度，直接用推导公式P=Fv计算牵引力的功率；再结合s-t图像读出0~0.5s内汽车行驶的路程，代入功的计算公式W=fs就能算出克服刹车阻力做的功。
3. 第(3)问：开启再生制动器时，汽车的部分动能会转化为电能储存起来，用来克服摩擦做功消耗的动能变少，汽车滑行的总距离会比关闭再生制动器时更短，据此判断对应的图线。
4. 第(4)问：根据题干给出的储能效率定义，先从图像得到关闭再生制动器时，汽车全部动能用来克服阻力滑行的总距离，再得到开启再生制动器时剩余动能用来克服阻力滑行的距离，算出转化为内能的动能占总初始动能的比例，剩余比例就是储能效率。
【解析】
(1) 逐个分析四个发热现象：
①发动机外壳发烫：是发动机的热量通过热传递转移到外壳，属于热传递改变内能；
②轮胎发热：汽车行驶时轮胎与地面摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能；
③刹车片发热：刹车时刹车片和刹车盘摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能；
④水箱中的水变热：发动机的热量通过热传递转移到水箱的水中，属于热传递改变内能。
因此属于做功改变内能的是②③，选C。
(2) 已知牵引力F=1000N，行驶速度v=25m/s，根据功率推导公式P=Fv可得：
$P=Fv=1000\mathrm{N} × 25\mathrm{m/s} = 2.5×10^{4}\ \mathrm{W}$。
由s-t关系可知，0~0.5s内汽车行驶的路程s=10m，刹车阻力$f=1.0×10^{4}\ \mathrm{N}$，克服刹车阻力做功：
$W=fs=1.0×10^{4}\ \mathrm{N} × 10\mathrm{m} = 1.0×10^{5}\ \mathrm{J}$。
(3) 开启再生制动器时，汽车的部分动能转化为电能，剩余用来克服摩擦做功的动能更少，汽车滑行的总路程更短，因此先降到动能为0的图线②就是开启再生制动器的图线。
(4) 由图乙可知，关闭再生制动器时，汽车的全部初始动能用来克服阻力滑行的总距离为$s_{\mathrm{总}}=40\mathrm{m}-30\mathrm{m}=10\mathrm{m}$；开启再生制动器时，剩余动能用来克服阻力滑行的距离为$s_{\mathrm{消}}=36\mathrm{m}-30\mathrm{m}=6\mathrm{m}$，说明转化为内能的动能占总初始动能的比例为$\frac{6\mathrm{m}}{10\mathrm{m}}=60\%$，因此储能效率为$1-60\%=40\%$。
【答案】
(1)C (2)$2.5×10^{4}$；$1.0×10^{5}$ (3)② (4)40%
【知识点】
改变内能的方式；功与功率计算；能量转化效率
【点评】
本题结合混合动力汽车再生制动的生活化新素材命题，将内能改变、力学功和功率计算、能量效率等知识点有机融合，重点考察学生结合题干给出的陌生新定义分析图像、推导计算的能力，避免死记硬背公式，符合新课标联系实际的命题导向。
【难度系数】
0.6
这道题结合混合动力汽车再生制动的真实新情景，我们可以分小问逐步梳理思路：
1. 第(1)问：明确改变内能的两种方式是做功和热传递，逐个分析四个发热现象的成因，判断是能量的转化（做功）还是能量的转移（热传递），即可选出正确选项。
2. 第(2)问：已知牵引力和行驶速度，直接用推导公式P=Fv计算牵引力的功率；再结合s-t图像读出0~0.5s内汽车行驶的路程，代入功的计算公式W=fs就能算出克服刹车阻力做的功。
3. 第(3)问：开启再生制动器时，汽车的部分动能会转化为电能储存起来，用来克服摩擦做功消耗的动能变少，汽车滑行的总距离会比关闭再生制动器时更短，据此判断对应的图线。
4. 第(4)问：根据题干给出的储能效率定义，先从图像得到关闭再生制动器时，汽车全部动能用来克服阻力滑行的总距离，再得到开启再生制动器时剩余动能用来克服阻力滑行的距离，算出转化为内能的动能占总初始动能的比例，剩余比例就是储能效率。
【解析】
(1) 逐个分析四个发热现象：
①发动机外壳发烫：是发动机的热量通过热传递转移到外壳，属于热传递改变内能；
②轮胎发热：汽车行驶时轮胎与地面摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能；
③刹车片发热：刹车时刹车片和刹车盘摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能；
④水箱中的水变热：发动机的热量通过热传递转移到水箱的水中，属于热传递改变内能。
因此属于做功改变内能的是②③，选C。
(2) 已知牵引力F=1000N，行驶速度v=25m/s，根据功率推导公式P=Fv可得：
$P=Fv=1000\mathrm{N} × 25\mathrm{m/s} = 2.5×10^{4}\ \mathrm{W}$。
由s-t关系可知，0~0.5s内汽车行驶的路程s=10m，刹车阻力$f=1.0×10^{4}\ \mathrm{N}$，克服刹车阻力做功：
$W=fs=1.0×10^{4}\ \mathrm{N} × 10\mathrm{m} = 1.0×10^{5}\ \mathrm{J}$。
(3) 开启再生制动器时，汽车的部分动能转化为电能，剩余用来克服摩擦做功的动能更少，汽车滑行的总路程更短，因此先降到动能为0的图线②就是开启再生制动器的图线。
(4) 由图乙可知，关闭再生制动器时，汽车的全部初始动能用来克服阻力滑行的总距离为$s_{\mathrm{总}}=40\mathrm{m}-30\mathrm{m}=10\mathrm{m}$；开启再生制动器时，剩余动能用来克服阻力滑行的距离为$s_{\mathrm{消}}=36\mathrm{m}-30\mathrm{m}=6\mathrm{m}$，说明转化为内能的动能占总初始动能的比例为$\frac{6\mathrm{m}}{10\mathrm{m}}=60\%$，因此储能效率为$1-60\%=40\%$。
【答案】
(1)C (2)$2.5×10^{4}$；$1.0×10^{5}$ (3)② (4)40%
【知识点】
改变内能的方式；功与功率计算；能量转化效率
【点评】
本题结合混合动力汽车再生制动的生活化新素材命题，将内能改变、力学功和功率计算、能量效率等知识点有机融合，重点考察学生结合题干给出的陌生新定义分析图像、推导计算的能力，避免死记硬背公式，符合新课标联系实际的命题导向。
【难度系数】
0.6
