《2025年同步测控优化设计九年级物理全一册人教版》

典例分析4
据统计,每燃烧1kg燃油约排放3.3kg二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标,氢能作为一种绿色的清洁能源,在我国交通领域的应用场景不断扩大,使用氢燃料电池的交通工具不断丰富,其应用流程如下。

(1)氢燃料电池将化学能直接转化为电能。
(2)当储氢瓶内的气体压强为$ 3.5 × 10^7 Pa $时,求瓶内壁$ 1 cm^2 $的面积受到的压力。
3.5×10³ N
(3)以氢燃料电池卡车为例,假设卡车在水平路面上匀速行驶72km用时1h,功率为172kW。燃油机的效率取36%,燃油的热值$ q 取 4.3 × 10^7 J/kg $。
①求卡车的行驶速度。
20 m/s
②求卡车所受牵引力。
8.6×10³ N
③与燃油卡车相比,氢燃料电池卡车行驶72km可减排二氧化碳的质量为多少？
132 kg

答案：
(1)电
(2)3.5×10³ N
(3)①20 m/s ②8.6×10³ N ③132 kg
解析
(1)由题图可知,氢燃料电池是将氢的
化学能直接转化为电能的。
(2)根据p=FS可知,当储氢瓶内的气体压强为3.5×10⁷ Pa时,瓶内壁1 cm²的面积受到
的压力
F=pS=3.5×10⁷ Pa×1×10⁻⁴ m²=3.5×
10³ N。
(3)①卡车的行驶速度v=st=72 km1 h=
72 km/h=20 m/s。
②卡车所做的机械功W=Pt=172×
10³ W×3600 s=6.192×10⁸ J
根据W=Fs可知,卡车所受牵引力F=
WFs=6.192×10⁸ J72×10³ m=8.6×10³ N。
③根据η=WQ放可知,燃料完全燃烧放出的
热量Q放=Wη=6.192×10⁸ J36%=1.72×10⁹ J
消耗燃油的质量m=Q放q=1.72×10⁹ J4.3×10⁷ J/kg=
40 kg
则减排二氧化碳的质量m'=3.3m=3.3×
40 kg=132 kg。