《2025年高分突破课时达标讲练测九年级物理全一册沪科版》

23. 如图,由长安汽车重庆总部设计的无人驾驶汽车正在上路进行测试,它的发动机是汽油机,为了避免发动机过热影响对外做功,有水箱通过水的循环吸热为发动机降温。此轿车以10 m/s的速度在一段平直的路上匀速行驶3 min,消耗汽油0.15 kg。该汽车行驶过程中遇到的阻力为1150 N,同时水箱内6 kg水由$30\ ^{\circ}C升高到90\ ^{\circ}C$,已知汽油的热值$q_{汽油}= 4.6×10^{7}\ J/kg$,水的比热容$c_{水}= 4.2×10^{3}\ J/(kg·℃)$。求:
(1)水箱中水吸收的热量;
(2)该汽车发动机的输出功率;
(3)发动机的效率。

答案： 【解析】：
本题主要考查了热量的计算、功率的计算以及热机效率的计算，知识点较多，但难度不大。
（1）已知水的质量、比热容、初温和末温，利用$Q_{吸} = cm\Delta t$计算水吸收的热量；
（2）由于汽车匀速行驶，所以汽车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，根据二力平衡条件求出牵引力，再利用$W = Fs$求出汽车做的有用功，又知道汽车行驶的时间，利用$P = \frac{W}{t}$求出发动机的输出功率；
（3）根据$Q_{放} = mq$求出汽油完全燃烧放出的热量，再利用效率公式求出发动机的效率。
【答案】：
解：
（1）水吸收的热量：
$Q_{吸} = c_{水}m_{水}(t - t_{0}) = 4.2 × 10^{3}× 6 × (90 - 30) = 1.512 × 10^{6}J$；
（2）因为汽车匀速行驶，所以汽车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，
所以，牵引力$F = f = 1150N$，
由$v = \frac{s}{t}$可得，汽车行驶的路程：
$s = vt = 10 × 3 × 60 = 1800m$，
汽车做的有用功：
$W_{有用} = Fs = 1150 × 1800 = 2.07 × 10^{6}J$，
汽车发动机的输出功率：
$P = \frac{W_{有用}}{t} = \frac{2.07 × 10^{6}}{3 × 60} = 1.15 × 10^{4}W$；
（3）汽油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放} = m_{汽油}q_{汽油} = 0.15 × 4.6 × 10^{7}= 6.9 × 10^{6}J$，
发动机的效率：
$\eta = \frac{W_{有用}}{Q_{放}} × 100\% = \frac{2.07 × 10^{6}}{6.9 × 10^{6}} × 100\% = 30\%$。
答：（1）水箱中水吸收的热量为$1.512 × 10^{6}J$；
（2）该汽车发动机的输出功率为$1.15 × 10^{4}W$；
（3）发动机的效率为$30\%$。