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11.工业和信息化部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》中指出，明确加快氢能技术创新和基础设施建设，推动氢能多元利用。氢燃料电池汽车是氢能利用的重要方式，已知某氢燃料电池汽车以额定功率匀速行驶时所受的阻力为车重的0.04倍，氢燃料电池汽车额定净输出功率为80.4 kW，设计时速为100 km/h，加满氢仅需10 min，总续驶里程超过600 km，适应低温、爬坡等路况。相较于传统化石能源车辆，氢燃料电池汽车每行驶100 km，可减少约70 kg二氧化碳排放，相当于14棵普通树木一年的吸收量。求：
(1)氢燃料电池汽车以额定功率按设计时速匀速行驶10 km所做的功；
(2)氢燃料电池汽车所受的重力；
(3)写出一条日常生活中能减少二氧化碳排放的出行方案。
(1)氢燃料电池汽车以额定功率按设计时速匀速行驶10 km所做的功；
(2)氢燃料电池汽车所受的重力；
(3)写出一条日常生活中能减少二氧化碳排放的出行方案。
答案
11.(1)$2.8944 × 10^7\ \mathrm{J}$;(2)$72\ 360\ \mathrm{N}$;(3)少开或不开燃油车,尽量选用电动交通工具或选择公共交通工具出行。
【解析】(1)氢燃料电池汽车以额定功率按设计时速匀速行驶10 km所用的时间 $t = \frac{s}{v} = \frac{10\ \mathrm{km}}{100\ \mathrm{km/h}} = 0.1\ \mathrm{h} = 6\ \mathrm{min} = 360\ \mathrm{s}$,氢燃料电池汽车以额定功率按设计时速匀速行驶10 km所做的功 $W = Pt = 80.4 × 10^3\ \mathrm{W} × 360\ \mathrm{s} = 2.8944 × 10^7\ \mathrm{J}$。
(2)汽车的牵引力 $F = \frac{W}{s} = \frac{2.8944 × 10^7\ \mathrm{J}}{10 × 10^3\ \mathrm{m}} = 2\ 894.4\ \mathrm{N}$,氢燃料电池汽车以额定功率匀速行驶时所受的阻力与牵引力是一对平衡力,大小相等,为车重的0.04倍,则车所受的重力 $G = \frac{f}{0.04} = \frac{F}{0.04} = \frac{2\ 894.4\ \mathrm{N}}{0.04} =72\ 360\ \mathrm{N}$。
(3)少开或不开燃油车,尽量选用电动交通工具或选择公共交通工具出行。
【解析】(1)氢燃料电池汽车以额定功率按设计时速匀速行驶10 km所用的时间 $t = \frac{s}{v} = \frac{10\ \mathrm{km}}{100\ \mathrm{km/h}} = 0.1\ \mathrm{h} = 6\ \mathrm{min} = 360\ \mathrm{s}$,氢燃料电池汽车以额定功率按设计时速匀速行驶10 km所做的功 $W = Pt = 80.4 × 10^3\ \mathrm{W} × 360\ \mathrm{s} = 2.8944 × 10^7\ \mathrm{J}$。
(2)汽车的牵引力 $F = \frac{W}{s} = \frac{2.8944 × 10^7\ \mathrm{J}}{10 × 10^3\ \mathrm{m}} = 2\ 894.4\ \mathrm{N}$,氢燃料电池汽车以额定功率匀速行驶时所受的阻力与牵引力是一对平衡力,大小相等,为车重的0.04倍,则车所受的重力 $G = \frac{f}{0.04} = \frac{F}{0.04} = \frac{2\ 894.4\ \mathrm{N}}{0.04} =72\ 360\ \mathrm{N}$。
(3)少开或不开燃油车,尽量选用电动交通工具或选择公共交通工具出行。
解析
【分析】
要解决本题，需分三小问逐步推导：
1. 第(1)问求行驶10km做的功，需先利用速度公式算出行驶时间，再结合功的公式W=Pt计算；
2. 第(2)问求车重，匀速行驶时牵引力与阻力是平衡力，先通过W=Fs算出牵引力，再根据阻力与车重的关系求出重力；
3. 第(3)问为开放性问题，结合低碳出行的实际场景作答。
【解析】
(1) 计算汽车行驶10km的时间：
已知设计时速v=100km/h，行驶路程s=10km，由速度公式$v=\frac{s}{t}$得，行驶时间$t=\frac{s}{v}=\frac{10\ \mathrm{km}}{100\ \mathrm{km/h}}=0.1\ \mathrm{h}=0.1×3600\ \mathrm{s}=360\ \mathrm{s}$；
额定功率$P=80.4\ \mathrm{kW}=80.4×10^3\ \mathrm{W}$，根据功的公式$W=Pt$，行驶10km做的功：
$W=Pt=80.4×10^3\ \mathrm{W}×360\ \mathrm{s}=2.8944×10^7\ \mathrm{J}$；
(2) 匀速行驶时，牵引力$F$与阻力$f$是一对平衡力，大小相等；
由$W=Fs$得，牵引力$F=\frac{W}{s}=\frac{2.8944×10^7\ \mathrm{J}}{10×10^3\ \mathrm{m}}=2894.4\ \mathrm{N}$；
已知阻力$f=0.04G$，且$f=F$，因此车重$G=\frac{f}{0.04}=\frac{F}{0.04}=\frac{2894.4\ \mathrm{N}}{0.04}=72360\ \mathrm{N}$；
(3) 日常生活中减少二氧化碳排放的出行方案：少开或不开燃油车，尽量选用电动交通工具或选择公共交通工具出行。
【答案】
(1)$2.8944×10^7\ \mathrm{J}$；(2)$72360\ \mathrm{N}$；(3)少开或不开燃油车，尽量选用电动交通工具或选择公共交通工具出行。
【知识点】
功的计算、二力平衡、重力的应用
【点评】
本题结合新能源汽车的实际情境，考查物理知识在生活中的应用，注重公式的灵活运用和单位换算，难度适中，能引导学生关注低碳出行。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需分三小问逐步推导：
1. 第(1)问求行驶10km做的功，需先利用速度公式算出行驶时间，再结合功的公式W=Pt计算；
2. 第(2)问求车重，匀速行驶时牵引力与阻力是平衡力，先通过W=Fs算出牵引力，再根据阻力与车重的关系求出重力；
3. 第(3)问为开放性问题，结合低碳出行的实际场景作答。
【解析】
(1) 计算汽车行驶10km的时间：
已知设计时速v=100km/h，行驶路程s=10km，由速度公式$v=\frac{s}{t}$得，行驶时间$t=\frac{s}{v}=\frac{10\ \mathrm{km}}{100\ \mathrm{km/h}}=0.1\ \mathrm{h}=0.1×3600\ \mathrm{s}=360\ \mathrm{s}$；
额定功率$P=80.4\ \mathrm{kW}=80.4×10^3\ \mathrm{W}$，根据功的公式$W=Pt$，行驶10km做的功：
$W=Pt=80.4×10^3\ \mathrm{W}×360\ \mathrm{s}=2.8944×10^7\ \mathrm{J}$；
(2) 匀速行驶时，牵引力$F$与阻力$f$是一对平衡力，大小相等；
由$W=Fs$得，牵引力$F=\frac{W}{s}=\frac{2.8944×10^7\ \mathrm{J}}{10×10^3\ \mathrm{m}}=2894.4\ \mathrm{N}$；
已知阻力$f=0.04G$，且$f=F$，因此车重$G=\frac{f}{0.04}=\frac{F}{0.04}=\frac{2894.4\ \mathrm{N}}{0.04}=72360\ \mathrm{N}$；
(3) 日常生活中减少二氧化碳排放的出行方案：少开或不开燃油车，尽量选用电动交通工具或选择公共交通工具出行。
【答案】
(1)$2.8944×10^7\ \mathrm{J}$；(2)$72360\ \mathrm{N}$；(3)少开或不开燃油车，尽量选用电动交通工具或选择公共交通工具出行。
【知识点】
功的计算、二力平衡、重力的应用
【点评】
本题结合新能源汽车的实际情境，考查物理知识在生活中的应用，注重公式的灵活运用和单位换算，难度适中，能引导学生关注低碳出行。
【难度系数】
0.6
