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九年级物理解答题一般
题目
阅读下面短文并回答问题.
混合动力汽车

图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车.该混合动力汽车启动时,内燃机不工作,车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时,内燃机启动,既可以向车轮输出能量,同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时,内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量.为了保护蓄电池,当电池使用到剩下最大容量的20%20\%停止供电,测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h50km/h的速度匀速行驶1h1h,观察仪表盘,发现这段时间内燃机消耗燃油10kg10kg,蓄电池储存的能量由最大值的30%30\%增大至最大值的80%80\%.该车行驶时所受阻力ff和车速vv的关系如图乙所示,汽车的某些参数如表所示.
((燃油热能q=4.0×107J/kg)q=4.0\times 10^{7}J/kg)
电机输出最大功率/kW/kW4040
电池输出电压/V/V300300
最大容量/J/J1.0×1081.0\times 10^{8}
整车质量/t/t11
(1)(1)测试过程中汽车行驶时的牵引力所做的功?
(2)(2)请你求出该车在测试过程中的能量利用率为多少?
(3)(3)在汽车的测试过程中,若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能.该车所能达到的最大速度为多少km/hkm/h?
知识点：热机的效率II、能量转化或转移现象的分析章节：第11章 热和能 / 11.6 能量的转化和守恒

答案与解析

答案

（1）由图乙可知，汽车在燃油条件下以50km/h50km/h的速度匀速行驶时受到的阻力为2000N2000N，由于汽车在平直公路上行驶时受到的牵引力等于阻力，则牵引力
F=f=2000NF=f=2000N测试过程中汽车行驶的路程
s=vt=50km/h×1h=50km=5×104ms=vt=50km/h\times 1h=50km=5\times 10^{4}m测试过程中汽车行驶时的牵引力所做的功
W机械=Fs=2000N×5×104m=1×108J{W}_{机械}=Fs=2000N×5×1{0}^{4}m=1×1{0}^{8}J
(2)(2)测试过程中，燃油完全燃烧放出的热量
Q放=qm=4.0×107J/kg×10kg=4×108J{Q}_{放}=qm=4.0×1{0}^{7}J/kg×10kg=4×1{0}^{8}J
蓄电池获得的电能
W电=(80%−30%)×1.0×108J=5×107J{W}_{电}=(80\%-30\%)×1.0×1{0}^{8}J=5×1{0}^{7}J该车在测试过程中的能量利用率
η=W机械+W电Q放=1×108J+5×107J4×108J=37.5%η=\frac{{W}_{机械}+{W}_{电}}{{Q}_{放}}=\frac{1×1{0}^{8}J+5×1{0}^{7}J}{4×1{0}^{8}J}=37.5\%
(3)(3)在汽车的测试过程中，输出最大功率为
P=40kW=4×104WP=40kW=4\times 10^{4}W
由图象乙可得，当汽车以50km/h50km/h的速度匀速行驶时受到的阻力为2000N2000N，阻力与速度的关系
f=144N⋅s/m×vf=144N\cdot s/m\times v
则牵引力做功的功率
P=Fv=fv=144N⋅s/m×v2P=Fv=fv=144N\cdot s/m\times v^{2}
当功率最大时，速度最大，则最大速度为
vmax=P144N•s/m=4×104W144N•s/m=503m/s=60km/h{v}_{max}=\sqrt{\frac{P}{144N•s/m}}=\sqrt{\frac{4×1{0}^{4}W}{144N•s/m}}=\frac{50}{3}m/s=60km/h。
答：（1）测试过程中汽车行驶时的牵引力所做的功为1×108J1\times 10^{8}J；
(2)(2)该车在测试过程中的能量利用率为37.5%37.5\%
(3)(3)在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车所能达到的最大速度为60km/h60km/h。

解析

（1）由图乙可知，汽车在燃油条件下以50km/h50km/h的速度匀速行驶时受到的阻力为2000N2000N，由于汽车在平直公路上行驶时受到的牵引力等于阻力，则牵引力
F=f=2000NF=f=2000N测试过程中汽车行驶的路程
s=vt=50km/h×1h=50km=5×104ms=vt=50km/h\times 1h=50km=5\times 10^{4}m测试过程中汽车行驶时的牵引力所做的功
W机械=Fs=2000N×5×104m=1×108J{W}_{机械}=Fs=2000N×5×1{0}^{4}m=1×1{0}^{8}J
(2)(2)测试过程中，燃油完全燃烧放出的热量
Q放=qm=4.0×107J/kg×10kg=4×108J{Q}_{放}=qm=4.0×1{0}^{7}J/kg×10kg=4×1{0}^{8}J
蓄电池获得的电能
W电=(80%−30%)×1.0×108J=5×107J{W}_{电}=(80\%-30\%)×1.0×1{0}^{8}J=5×1{0}^{7}J该车在测试过程中的能量利用率
η=W机械+W电Q放=1×108J+5×107J4×108J=37.5%η=\frac{{W}_{机械}+{W}_{电}}{{Q}_{放}}=\frac{1×1{0}^{8}J+5×1{0}^{7}J}{4×1{0}^{8}J}=37.5\%
(3)(3)在汽车的测试过程中，输出最大功率为
P=40kW=4×104WP=40kW=4\times 10^{4}W
由图象乙可得，当汽车以50km/h50km/h的速度匀速行驶时受到的阻力为2000N2000N，阻力与速度的关系
f=144N⋅s/m×vf=144N\cdot s/m\times v
则牵引力做功的功率
P=Fv=fv=144N⋅s/m×v2P=Fv=fv=144N\cdot s/m\times v^{2}
当功率最大时，速度最大，则最大速度为
vmax=P144N•s/m=4×104W144N•s/m=503m/s=60km/h{v}_{max}=\sqrt{\frac{P}{144N•s/m}}=\sqrt{\frac{4×1{0}^{4}W}{144N•s/m}}=\frac{50}{3}m/s=60km/h。
答：（1）测试过程中汽车行驶时的牵引力所做的功为1×108J1\times 10^{8}J；
(2)(2)该车在测试过程中的能量利用率为37.5%37.5\%
(3)(3)在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车所能达到的最大速度为60km/h60km/h。

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