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九年级物理解答题一般
题目
如图所示是一款远程无人驾驶清扫车,自动驾驶时使用雷达传感器,以及激光测距器来了解周围的交通状况,该款车以10m/s10m/s的速度在一段平直的公路上匀速行驶5min⁡5\min,消耗汽油0.3kg0.3kg.已知,清扫车行驶过程中的牵引力为1350N1350N,汽油的热值为4.6×107J/kg4.6\times 10^{7}J/kg.求:
(1)0.3kg(1)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量；
(2)(2)在此过程中清扫车发动机的效率是多少?
(3)(3)假设此过程中,汽油完全燃烧,除了做有用功外,其余能量全部用来加热水.在不考虑其他热损失的情况下,可使初温为20∘C20^{\circ}\mathrm{C},质量90kg90kg的水升高到多少∘C?[c水=4.2×103J/(kg⋅∘C)]^{\circ}\mathrm{C}?[c_{水}=4.2\times 10^{3}J/\left(kg\cdot ^{\circ}\mathrm{C}\right)]
知识点：功率的计算、热机章节：第5章 热与能 / 5.5　热机

答案与解析

答案

(1)0.3kg\left(1\right)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为：Q放=mq=0.3kg×4.6×107J/kg=1.38×107JQ_{放}=mq=0.3kg\times 4.6\times 10^{7}J/kg=1.38\times 10^{7}J；
(2)(2)清扫车行驶的距离：s=vt=10m/s×5×60s=3×103ms=vt=10m/s\times 5\times 60s=3\times 10^{3}m，
清扫车做的功为：W=Fs=1350N×3000m=4.05×106JW=Fs=1350N\times 3000m=4.05\times 10^{6}J，
发动机的效率是：η=W有Q放=4.05×106J1.38×107J×100%≈29.3%\eta =\frac{{W}_{有}}{{Q}_{放}}=\frac{{4.05×10}^{6}J}{{1.38×10}^{7}J}\times 100\%\approx 29.3\%。
(3)(3)在此过程中，发动机所做额外功为：W额=Q放−W有=1.38×107J−4.05×106J=9.75×106JW_{额}=Q_{放}-W_{有}=1.38\times 10^{7}J-4.05\times 10^{6}J=9.75\times 10^{6}J，
水吸收的热量为：Q吸=W额=9.75×106JQ_{吸}=W_{额}=9.75\times 10^{6}J，
水升高的温度是：Δt=Q吸C水m=9.75×106J4.2×103J/(kg•℃)×90kg≈25.8∘C\Delta t=\frac{{Q}_{吸}}{{C}_{水}m}=\frac{{9.75×10}^{6}J}{{4.2×10}^{3}J/(kg•℃)×90kg}\approx 25.8^{\circ}\mathrm{C}，
水升高到的温度为：t=to+Δt=20∘C+25.8∘C=45.8∘Ct=t_{o}+\Delta t=20^{\circ}\mathrm{C}+25.8^{\circ}\mathrm{C}=45.8^{\circ}\mathrm{C}。
答：(1)0.3kg\left(1\right)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为1.38×107J1.38\times 10^{7}J；
(2)(2)在此过程中清扫车发动机的效率是29.3%29.3\%；
(3)(3)在不考虑其他热损失的情况下，可使初温为20∘C20^{\circ}\mathrm{C}，质量90kg90kg的水升高到45.8∘C45.8^{\circ}\mathrm{C}。

解析

(1)0.3kg\left(1\right)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为：Q放=mq=0.3kg×4.6×107J/kg=1.38×107JQ_{放}=mq=0.3kg\times 4.6\times 10^{7}J/kg=1.38\times 10^{7}J；
(2)(2)清扫车行驶的距离：s=vt=10m/s×5×60s=3×103ms=vt=10m/s\times 5\times 60s=3\times 10^{3}m，
清扫车做的功为：W=Fs=1350N×3000m=4.05×106JW=Fs=1350N\times 3000m=4.05\times 10^{6}J，
发动机的效率是：η=W有Q放=4.05×106J1.38×107J×100%≈29.3%\eta =\frac{{W}_{有}}{{Q}_{放}}=\frac{{4.05×10}^{6}J}{{1.38×10}^{7}J}\times 100\%\approx 29.3\%。
(3)(3)在此过程中，发动机所做额外功为：W额=Q放−W有=1.38×107J−4.05×106J=9.75×106JW_{额}=Q_{放}-W_{有}=1.38\times 10^{7}J-4.05\times 10^{6}J=9.75\times 10^{6}J，
水吸收的热量为：Q吸=W额=9.75×106JQ_{吸}=W_{额}=9.75\times 10^{6}J，
水升高的温度是：Δt=Q吸C水m=9.75×106J4.2×103J/(kg•℃)×90kg≈25.8∘C\Delta t=\frac{{Q}_{吸}}{{C}_{水}m}=\frac{{9.75×10}^{6}J}{{4.2×10}^{3}J/(kg•℃)×90kg}\approx 25.8^{\circ}\mathrm{C}，
水升高到的温度为：t=to+Δt=20∘C+25.8∘C=45.8∘Ct=t_{o}+\Delta t=20^{\circ}\mathrm{C}+25.8^{\circ}\mathrm{C}=45.8^{\circ}\mathrm{C}。
答：(1)0.3kg\left(1\right)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为1.38×107J1.38\times 10^{7}J；
(2)(2)在此过程中清扫车发动机的效率是29.3%29.3\%；
(3)(3)在不考虑其他热损失的情况下，可使初温为20∘C20^{\circ}\mathrm{C}，质量90kg90kg的水升高到45.8∘C45.8^{\circ}\mathrm{C}。

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