《2025年新课程实践与探究丛书九年级物理全一册人教版》

例 3 (2024·高新区校级期中)如图所示是一款无人驾驶清扫车,其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,该款清扫车以 10 m/s 的速度在一段平直的公路上匀速行驶 5 min,消耗汽油 0.3 kg。已知清扫车行驶过程中的牵引力为 1380 N,汽油的热值为 4.6×10^7 J/kg。

(1)求 0.3 kg 汽油完全燃烧放出的热量；
(2)求在此过程中清扫车发动机的效率；
(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。则在不考虑其他热损失的情况下,可使初温为 20℃、质量为 92 kg 的水的温度升高到多少？[$c_{水}= 4.2×10^3 J/(kg·℃)$]
思路点拨 (1)根据 $Q_{放}= qm$ 求出 0.3 kg 汽油完全燃烧放出的热量；(2)根据 $W = Fs = Fvt$ 求出清扫车发动机做的机械功,利用 $\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$ 求出清扫车发动机的效率；(3)根据 $Q_{吸}= Q_{放}-W$ 求出水吸收的热量,根据 $Q_{吸}= cm(t - t_0)$ 求出水升高的温度。
规律总结 本题考查的知识点有燃料完全燃烧放热、功的计算、热机效率、吸热公式等,综合性较强。

答案：
(1)0.3 kg汽油完全燃烧放出的热量为$Q_{放}=qm_{油}=4.6× 10^{7}\ J/kg× 0.3\ kg=1.38× 10^{7}\ J$。
(2)在此过程中清扫车发动机做的机械功为:$W=Fs=Fvt=1380\ N× 10\ m/s× 5× 60\ s=4.14× 10^{6}\ J$,在此过程中清扫车发动机的效率为:$\eta=\frac{W}{Q_{放}}× 100\%=\frac{4.14× 10^{6}\ J}{1.38× 10^{7}\ J}× 100\% =30\%$。
(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,水吸收的热量为:$Q_{吸}=Q_{放}-W=1.38× 10^{7}\ J-4.14× 10^{6}\ J=9.66× 10^{6}\ J$,根据$Q_{吸}=cm(t-t_{0})$可知,水升高到的温度为:$t=t_{0}+\Delta t=t_{0}+\frac{Q_{吸}}{cm}=20\ ^{\circ}C+\frac{9.66× 10^{6}\ J}{4.2× 10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)× 92\ kg}=45\ ^{\circ}C$。