Question

9．截止到2016年，全球處于使用狀態(tài)的汽車數(shù)量已突破10億輛．
（1）汽車在給我們的生活提供便利的同時，也給環(huán)境造成污染．當汽車行駛過程中冒“黑煙”時，對環(huán)境的污染尤為嚴重，這時發(fā)動機的效率將降低（選填“升高”“不變”“降低”）．某臺汽油機飛輪的轉速為2400r/min，在1s內，汽油機完成20個工作循環(huán)．
（2）為有效地減少環(huán)境的污染，科學家研制了利用太陽能來驅動的太陽能汽車，真正實現(xiàn)了零排放．某太陽能汽車如圖所示，質量為450kg，頂部安裝了太陽能電池．若汽車上的太陽能電池板的有效面積為6m²，它正對太陽時電池能夠產生100V的電壓，并對車上電動機提供8.4A的電流，太陽光照射到地面時單位面積上的輻射功率為1.0×10³W/m²，則電池的輸出功率為840W，將太陽能轉化為電能的效率為14%，如果這輛汽車的電動機將電能最終轉化為機械能的效率為75%，當汽車在水平面上勻速行駛時，受到的牽引力為90N，則汽車的行駛速度為7 m/s．

Answer 1

分析 （1）熱機的效率是指用來做有用功的能量占燃料完全燃料放出的總能量的百分比，據(jù)此結合現(xiàn)象可分析對效率的影響；汽油機的一個工作循環(huán)由吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程四個沖程組成．在一個工作循環(huán)中曲軸轉2圈，飛輪轉2周，做功一次．
（2）電池的輸出功率可利用公式P=UI來進行計算．太陽能轉化為電能的效率就是得到的電能占從太陽獲得總輻射能量的百分比．根據(jù)電能轉化為機械能的效率可計算出其機械功率，再根據(jù)公式P=Fv可得出汽車運行的速度．

解答 解：（1）冒“黑煙”說明燃燒不充分，用來做有用功的能量占燃料完全燃燒放出的總能量的比值就小，所以效率降低；四沖程汽油機的飛輪轉速為2400r/min，則該飛輪每秒鐘轉40圈．因為一個工作循環(huán)飛輪轉2圈，完成四個工作沖程，做功1次，所以飛輪轉40圈，共20個工作循環(huán)，對外做功20次．
（2）電池的輸出功率：P_電池=UI=100V×8.4A=840W；
太陽光照射的輻射功率為；P_太陽=1.0×10³W/m²×6m²=6×10³W；
太陽能轉化為電能的效率：η=$\frac{{P}_{電磁}}{{P}_{太陽}}$×100%=$\frac{840W}{6000W}$×100%=14%；
因為電能最終轉化為機械能的效率為75%，
所以P_機械=P_電池×η′=840W×75%=630W；
由公式P=Fv得|：
v=$\frac{{P}_{機械}}{F}$=$\frac{630W}{90N}$=7m/s．
故答案為：（1）降低；20；（2）840；14%；7．

點評 本題以太陽能汽車為背景中，考查了多個物理知識點，包括能量的轉化、效率的公式、功率的公式等，綜合性很強，有一定的難度，值得我們關注．