新課程實踐與探究叢書九年級物理人教版
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8.一輛載重汽車質(zhì)量(包括人員和物品)為3000 kg,輪胎與地面的總接觸面積為$0.12m^{2}$,在平直的公路上以72 km/h的速度勻速行駛,消耗了2 kg汽油,汽車行駛過程受到的阻力約為汽車重力的0.1倍,汽車的發(fā)動機效率為21%($g$取10 N/kg,$q_{汽油}=4.6×10^{7}J/kg$)。求:
(1)汽車靜止在地面上時,對地面的壓強；
(2)汽車在平直的公路上以72 km/h的速度勻速行駛時,牽引力的功率；
(3)汽車在這一過程中行駛的路程。
答案：(1)2.5×10^{5}Pa；(2)6×10^{4}W；(3)6640m
解析：(1)汽車對地面的壓力$F=G=mg=3000kg×10N/kg=3×10^{4}N$，壓強$p=\frac{F}{S}=\frac{3×10^{4}N}{0.12m^{2}}=2.5×10^{5}Pa$；
(2)汽車勻速行駛，牽引力$F=f=0.1G=0.1×3×10^{4}N=3×10^{3}N$，速度$v=72km/h=20m/s$，功率$P=Fv=3×10^{3}N×20m/s=6×10^{4}W$；
(3)汽油完全燃燒放出的熱量$Q_{放}=mq=2kg×4.6×10^{7}J/kg=9.2×10^{7}J$，發(fā)動機做的有用功$W=ηQ_{放}=21\%×9.2×10^{7}J=1.932×10^{7}J$，行駛路程$s=\frac{W}{F}=\frac{1.932×10^{7}J}{3×10^{3}N}=6440m$。
9.電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅(qū)動車輪行駛的汽車。某電動汽車的最大功率為1×10^{5}W,在一次測試過程中,以最大功率在水平地面上勻速直線行駛了8000 m,用時6 min。問:
(1)該車在這次測試過程中牽引力所做的功是多少?
(2)該車受到的阻力為多少?
(3)若使用效率為32%的傳統(tǒng)燃油汽車提供相同大小的牽引力,在上述過程中以相同速度行駛相同距離需要消耗多少汽油?(q_{汽油}=4.5×10^{7}J/kg)
(4)近期某公司發(fā)布了新研發(fā)的“麒麟電池”。據(jù)報道,該電池的能量密度為9×10^{5}J/kg，可使電動汽車續(xù)航達到1000 km。已知電動汽車能量利用效率可達90%,若該款汽車搭載300 kg此電池(電池質(zhì)量與原車電池質(zhì)量相等),在電池滿電狀態(tài)下,可供汽車在同樣的測試條件下以最大功率行駛多遠?
答案：$(1)3.6×10^{7}J；$$(2)4500N；$$(3)2.5kg；$$(4)54000m$
解析：$(1)$牽引力所做的功$W=Pt=1×10^{5}W×6×60s=3.6×10^{7}J；$
$(2)$速度$v=\frac{s}{t}=\frac{8000m}{6×60s}=\frac{200}{9}m/s，$牽引力$F=\frac{P}{v}=\frac{1×10^{5}W}{\frac{200}{9}m/s}=4500N，$阻力$f=F=4500N；$
$(3)$燃油汽車做的有用功$W=3.6×10^{7}J，$汽油完全燃燒放出的熱量$Q_{放}=\frac{W}{η}=\frac{3.6×10^{7}J}{32\%}=1.125×10^{8}J，$消耗汽油的質(zhì)量$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.125×10^{8}J}{4.5×10^{7}J/kg}=2.5kg；$
$(4)$電池儲存的能量$E=9×10^{5}J/kg×300kg=2.7×10^{8}J，$有用能量$E_{有用}=ηE=90\%×2.7×10^{8}J=2.43×10^{8}J，$行駛距離$s=\frac{E_{有用}}{F}=\frac{2.43×10^{8}J}{4500N}=54000m。$
