《2025年鲁人泰斗假期好时光八升九年级物理人教版》

20. 大连近年来在氢能及氢燃料电池汽车(FCEV)领域积极布局,逐步推动氢动力汽车的发展。一辆氢气动力汽车的重力为$1.5×10^4N,$行驶时汽车轮胎与地面接触的总面积为$0.1m^2。$5min内汽车在平直路面上匀速行驶了$6×10^3m,$消耗了0.075kg的氢气。此过程汽车发动机产生的牵引力为$1.0×10^3N($氢的热值为$1.4×10^8J/kg)。$试求：
(1)汽车对地面的压强为多少？
(2)5min内牵引力做功为多少？
(3)5min内牵引力的功率为多少？
(4)汽车发动机的效率为多少？(结果保留一位小数)

答案： 20. 解：
(1) 汽车对地面的压强：$p=\frac{F}{S}=\frac{1.5×10^{4}\text{ N}}{0.1\text{ m}^{2}}=1.5×10^{5}$ Pa。
(2) 牵引力做的功：$W=F's=1.0×10^{3}$ N $×6×10^{3}$ m $=6×10^{6}$ J。
(3) 牵引力的功率：$p=\frac{W}{t}=\frac{6×10^{6}\text{ J}}{5×60\text{ s}}=2×10^{4}$ W。
(4) $0.075$ kg 氢气完全燃烧释放的热量：$Q_{放}=m'q=0.075$ kg $×1.4×10^{8}$ J/kg $=1.05×10^{7}$ J，汽车发动机的效率：$\eta=\frac{W}{Q_{放}}=\frac{6×10^{6}\text{ J}}{1.05×10^{7}\text{ J}}\approx57.1\%$。
答：
(1) 汽车对地面的压强为 $1.5×10^{5}$ Pa；
(2) $5$ min 内牵引力做功为 $6×10^{6}$ J；
(3) 牵引力做功的功率为 $2×10^{4}$ W；
(4) 汽车发动机的效率为 $57.1\%$。