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26. 我国自行生产的混合动力汽车已经面世。混合动力汽车由一台内燃机和一台电机组成，这台电机既可以充当电动机驱动汽车，又可以充当发电机给蓄电池充电。汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池通过电机向车轮输送动力，使汽车行驶；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，改由内燃机工作，一方面向车轮输送动力，另外通过电机给蓄电池充电。
(1)内燃机工作时，汽油燃烧释放的内能转化为汽车的
(2)当电机充当发电机时，它利用的工作原理是
A. 磁场对电流的作用
B. 电流的磁效应
C. 电磁感应
(3)某种型号的混合动力汽车，所用的镍氢蓄电池组的部分参数如下表所示。汽车上的电机(充当电动机时)的额定功率应该
(4)测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速直线行驶0.5h，汽车消耗汽油5kg，同时此期间测试人员观察到，蓄电池组储存的能量由测试开始时最大值的80%增加到了最大值。已知汽油的热值为4.6×10⁷J/kg。汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示，则
① 牵引力做功为多少？
② 这种汽车内燃机中汽油的能量转化效率是多大？
(1)内燃机工作时，汽油燃烧释放的内能转化为汽车的
机械
能和蓄电池的化学
能。(2)当电机充当发电机时，它利用的工作原理是
C
。A. 磁场对电流的作用
B. 电流的磁效应
C. 电磁感应
(3)某种型号的混合动力汽车，所用的镍氢蓄电池组的部分参数如下表所示。汽车上的电机(充当电动机时)的额定功率应该
小于
(填“大于”“等于”或“小于”)30kW。(4)测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速直线行驶0.5h，汽车消耗汽油5kg，同时此期间测试人员观察到，蓄电池组储存的能量由测试开始时最大值的80%增加到了最大值。已知汽油的热值为4.6×10⁷J/kg。汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示，则
① 牵引力做功为多少？
② 这种汽车内燃机中汽油的能量转化效率是多大？
答案
机械
化学
C
小于
解：① 汽车通过的路程
$ s=vt=50\ \mathrm{km/h} × 0.5\ \mathrm{h}=25\ \mathrm{km}=25000\ \mathrm{m}$
由图像可知，车速为50 km/h时，阻力是2000 N。因为车做匀速直线运动，牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，即牵引力也是2000 N，则牵引力做的功
$ W_1=Fs=2000\ \mathrm{N} × 25000\ \mathrm{m}=5 × 10^7\ \mathrm{J}$
② 燃油放出的热量
$ Q_{\mathrm{放}}=mq=5\ \mathrm{kg} × 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg}=2.3 × 10^8\ \mathrm{J}$
蓄电池获得的电能
$ W_2=(30 - 30 × 80\%)\ \mathrm{kW·h}=2.16 × 10^7\ \mathrm{J}$
$ W_{\mathrm{有用}}=W_1+W_2=5 × 10^7\ \mathrm{J}+2.16 × 10^7\ \mathrm{J}=7.16 × 10^7\ \mathrm{J}$
$ W_{\mathrm{总}}=Q_{\mathrm{放}}=2.3 × 10^8\ \mathrm{J}$
则内燃机的效率
$ \eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\%=\frac{7.16 × 10^7\ \mathrm{J}}{2.3 × 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 31\%$
化学
C
小于
解：① 汽车通过的路程
$ s=vt=50\ \mathrm{km/h} × 0.5\ \mathrm{h}=25\ \mathrm{km}=25000\ \mathrm{m}$
由图像可知，车速为50 km/h时，阻力是2000 N。因为车做匀速直线运动，牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，即牵引力也是2000 N，则牵引力做的功
$ W_1=Fs=2000\ \mathrm{N} × 25000\ \mathrm{m}=5 × 10^7\ \mathrm{J}$
② 燃油放出的热量
$ Q_{\mathrm{放}}=mq=5\ \mathrm{kg} × 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg}=2.3 × 10^8\ \mathrm{J}$
蓄电池获得的电能
$ W_2=(30 - 30 × 80\%)\ \mathrm{kW·h}=2.16 × 10^7\ \mathrm{J}$
$ W_{\mathrm{有用}}=W_1+W_2=5 × 10^7\ \mathrm{J}+2.16 × 10^7\ \mathrm{J}=7.16 × 10^7\ \mathrm{J}$
$ W_{\mathrm{总}}=Q_{\mathrm{放}}=2.3 × 10^8\ \mathrm{J}$
则内燃机的效率
$ \eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\%=\frac{7.16 × 10^7\ \mathrm{J}}{2.3 × 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 31\%$
解析
【解析】
(1) 内燃机工作时，一方面驱动汽车行驶，将内能转化为汽车的机械能；另一方面通过电机给蓄电池充电，将内能转化为蓄电池的化学能储存起来。
(2) 发电机的工作原理是电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，对应选项C。
(3) 蓄电池组的额定功率为30kW，电机工作时蓄电池提供的电能存在损耗，因此电机的额定功率小于30kW。
(4) ① 计算行驶路程：$ s=vt=50\ \mathrm{km/h} × 0.5\ \mathrm{h}=25\ \mathrm{km}=25000\ \mathrm{m} $；
汽车匀速直线行驶，牵引力与阻力平衡，即$ F=f=2000\ \mathrm{N} $，牵引力做功：$ W_1=Fs=2000\ \mathrm{N} × 25000\ \mathrm{m}=5 × 10^7\ \mathrm{J} $。
② 汽油完全燃烧放出的热量：$ Q_{\mathrm{放}}=mq=5\ \mathrm{kg} × 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg}=2.3 × 10^8\ \mathrm{J} $；
蓄电池获得的电能：$ W_2=(30 - 30 × 80\%)\ \mathrm{kW·h}=6\ \mathrm{kW·h}=2.16 × 10^7\ \mathrm{J} $；
有用功：$ W_{\mathrm{有用}}=W_1+W_2=5 × 10^7\ \mathrm{J}+2.16 × 10^7\ \mathrm{J}=7.16 × 10^7\ \mathrm{J} $；
内燃机的效率：$ \eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\%=\frac{7.16 × 10^7\ \mathrm{J}}{2.3 × 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 31\% $。
【答案】
(1) 机械；化学
(2) C
(3) 小于
(4) ① $5 × 10^7\ \mathrm{J}$；② 约31%
【知识点】
能量转化、电磁感应、效率计算
【点评】
本题以混合动力汽车为载体，综合考查能量转化、电磁感应原理、电功率判断及机械效率计算，紧密联系生活实际，知识点覆盖面广，综合性较强，能有效考查学生对物理知识的综合应用能力。
【难度系数】
0.4
(1) 内燃机工作时，一方面驱动汽车行驶，将内能转化为汽车的机械能；另一方面通过电机给蓄电池充电，将内能转化为蓄电池的化学能储存起来。
(2) 发电机的工作原理是电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流，对应选项C。
(3) 蓄电池组的额定功率为30kW，电机工作时蓄电池提供的电能存在损耗，因此电机的额定功率小于30kW。
(4) ① 计算行驶路程：$ s=vt=50\ \mathrm{km/h} × 0.5\ \mathrm{h}=25\ \mathrm{km}=25000\ \mathrm{m} $；
汽车匀速直线行驶，牵引力与阻力平衡，即$ F=f=2000\ \mathrm{N} $，牵引力做功：$ W_1=Fs=2000\ \mathrm{N} × 25000\ \mathrm{m}=5 × 10^7\ \mathrm{J} $。
② 汽油完全燃烧放出的热量：$ Q_{\mathrm{放}}=mq=5\ \mathrm{kg} × 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg}=2.3 × 10^8\ \mathrm{J} $；
蓄电池获得的电能：$ W_2=(30 - 30 × 80\%)\ \mathrm{kW·h}=6\ \mathrm{kW·h}=2.16 × 10^7\ \mathrm{J} $；
有用功：$ W_{\mathrm{有用}}=W_1+W_2=5 × 10^7\ \mathrm{J}+2.16 × 10^7\ \mathrm{J}=7.16 × 10^7\ \mathrm{J} $；
内燃机的效率：$ \eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\%=\frac{7.16 × 10^7\ \mathrm{J}}{2.3 × 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 31\% $。
【答案】
(1) 机械；化学
(2) C
(3) 小于
(4) ① $5 × 10^7\ \mathrm{J}$；② 约31%
【知识点】
能量转化、电磁感应、效率计算
【点评】
本题以混合动力汽车为载体，综合考查能量转化、电磁感应原理、电功率判断及机械效率计算，紧密联系生活实际，知识点覆盖面广，综合性较强，能有效考查学生对物理知识的综合应用能力。
【难度系数】
0.4
