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九年级物理解答题一般
题目
如图所示是我国自行设计研制的AG600AG600全状态新构型灭火飞机.若该飞机以288km/h288km/h的速度匀速直线航行1.5h1.5h,消耗航空燃油1.0t1.0t,飞机发动机的功率恒为4.5×105W4.5\times 10^{5}W,航空燃油的热值为5×107J/kg5\times 10^{7}J/kg,求:
(1)(1)所消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量;
(2)(2)飞机在航行过程中受到的阻力;
(3)(3)该飞机在上述飞行过程中效率多少;
(4)(4)若能把该新型飞机发动机的效率提高1.4%1.4\%,求该飞机匀速直线航行0.90.9小时,大概可节约多少千克燃油?
知识点:功的计算II、燃料的热值、热机章节:第5章 热与能 / 5.5 热机

答案与解析

答案

(1)消耗的航空燃油的质量为m=1.0t=1000kgm=1.0t=1000kg
这些燃油完全燃烧放出的热量为:
Q=q航空燃油m=5×107J/kg×1000kg=5×1010JQ_{放}=q_{航空燃油}m=5\times 10^{7}J/kg\times 1000kg=5\times 10^{10}J
(2)(2)飞机匀速航行的速度v=288km/h=80m/sv=288km/h=80m/s
飞机航行过程中的牵引力为:
F=Pv=4.5×106W80m/s=5.625×104NF=\frac{P}{v}=\frac{4.5×1{0}^{6}W}{80m/s}=5.625\times 10^{4}N
由二力平衡的条件可知飞机航行过程中的阻力为:
f=F=5.625×104Nf=F=5.625\times 10^{4}N
(3)(3)飞机发动机做的功为:
W=Pt=4.5×106W×1.5×3600s=2.43×1010JW=Pt=4.5\times 10^{6}W\times 1.5\times 3600s=2.43\times 10^{10}J
则发动机的效率为:η=WQ×100%=2.43×1010J5×1010J×100%=48.6%\eta =\frac{W}{{Q}_{放}}\times 100\%=\frac{2.43×1{0}^{10}J}{5×1{0}^{10}J}\times 100\%=48.6\%
(4)(4)飞机匀速直线航行0.90.9小时发动机做的有用功为:
W=Pt=4.5×106W×0.9×3600s=1.458×1010JW_{有}=Pt=4.5\times 10^{6}W\times 0.9\times 3600s=1.458\times 10^{10}J
效率提高前消耗的燃油完全燃烧放出的热量为:
Q\’=Wη=1.458×1010J48.6%=3×1010J{Q\’}_{放}=\frac{{W}_{有}}{η}=\frac{1.458×1{0}^{10}J}{48.6\%}=3\times 10^{10}J
所需燃油的质量为:m=Qq航空燃油=3×1010J5×107J/kg=600kgm^{\circ}=\frac{Q{′}_{放}}{{q}_{航空燃油}}=\frac{3×1{0}^{10}J}{5×1{0}^{7}J/kg}=600kg
内燃机效率提高后为:η\eta=48.6%+1.4%=50%=48.6\%+1.4\%=50\%
效率提高后消耗的燃油完全燃烧放出的热量为:
QQ=Wη=1.45×1010J50%=2.916×1010J_{放}=\frac{{W}_{有}}{η″}=\frac{1.45×1{0}^{10}J}{50\%}=2.916\times 10^{10}J
所需燃油的质量为:m=Qq航空燃油=2.916×1010J5×107J/kg=583.2kgm^{\circ}=\frac{Q{″}_{放}}{{q}_{航空燃油}}=\frac{2.916×1{0}^{10}J}{5×1{0}^{7}J/kg}=583.2kg
节约燃油的质量为:600kg583.2kg=16.8kg600kg-583.2kg=16.8kg
答:(1)消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是5×1010J5\times 10^{10}J
(2)(2)飞机在航行过程中受到的阻力为5.625×104N5.625\times 10^{4}N
(3)(3)该飞机在上述飞行过程中效率为48.6%48.6\%
(4)(4)若能把该新型飞机发动机的效率提高1.4%1.4\%,该飞机匀速直线航行0.90.9小时,大概可节约16.8kg16.8kg燃油。

解析

(1)消耗的航空燃油的质量为m=1.0t=1000kgm=1.0t=1000kg
这些燃油完全燃烧放出的热量为:
Q=q航空燃油m=5×107J/kg×1000kg=5×1010JQ_{放}=q_{航空燃油}m=5\times 10^{7}J/kg\times 1000kg=5\times 10^{10}J
(2)(2)飞机匀速航行的速度v=288km/h=80m/sv=288km/h=80m/s
飞机航行过程中的牵引力为:
F=Pv=4.5×106W80m/s=5.625×104NF=\frac{P}{v}=\frac{4.5×1{0}^{6}W}{80m/s}=5.625\times 10^{4}N
由二力平衡的条件可知飞机航行过程中的阻力为:
f=F=5.625×104Nf=F=5.625\times 10^{4}N
(3)(3)飞机发动机做的功为:
W=Pt=4.5×106W×1.5×3600s=2.43×1010JW=Pt=4.5\times 10^{6}W\times 1.5\times 3600s=2.43\times 10^{10}J
则发动机的效率为:η=WQ×100%=2.43×1010J5×1010J×100%=48.6%\eta =\frac{W}{{Q}_{放}}\times 100\%=\frac{2.43×1{0}^{10}J}{5×1{0}^{10}J}\times 100\%=48.6\%
(4)(4)飞机匀速直线航行0.90.9小时发动机做的有用功为:
W=Pt=4.5×106W×0.9×3600s=1.458×1010JW_{有}=Pt=4.5\times 10^{6}W\times 0.9\times 3600s=1.458\times 10^{10}J
效率提高前消耗的燃油完全燃烧放出的热量为:
Q\’=Wη=1.458×1010J48.6%=3×1010J{Q\’}_{放}=\frac{{W}_{有}}{η}=\frac{1.458×1{0}^{10}J}{48.6\%}=3\times 10^{10}J
所需燃油的质量为:m=Qq航空燃油=3×1010J5×107J/kg=600kgm^{\circ}=\frac{Q{′}_{放}}{{q}_{航空燃油}}=\frac{3×1{0}^{10}J}{5×1{0}^{7}J/kg}=600kg
内燃机效率提高后为:η\eta=48.6%+1.4%=50%=48.6\%+1.4\%=50\%
效率提高后消耗的燃油完全燃烧放出的热量为:
QQ=Wη=1.45×1010J50%=2.916×1010J_{放}=\frac{{W}_{有}}{η″}=\frac{1.45×1{0}^{10}J}{50\%}=2.916\times 10^{10}J
所需燃油的质量为:m=Qq航空燃油=2.916×1010J5×107J/kg=583.2kgm^{\circ}=\frac{Q{″}_{放}}{{q}_{航空燃油}}=\frac{2.916×1{0}^{10}J}{5×1{0}^{7}J/kg}=583.2kg
节约燃油的质量为:600kg583.2kg=16.8kg600kg-583.2kg=16.8kg
答:(1)消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是5×1010J5\times 10^{10}J
(2)(2)飞机在航行过程中受到的阻力为5.625×104N5.625\times 10^{4}N
(3)(3)该飞机在上述飞行过程中效率为48.6%48.6\%
(4)(4)若能把该新型飞机发动机的效率提高1.4%1.4\%,该飞机匀速直线航行0.90.9小时,大概可节约16.8kg16.8kg燃油。

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