可燃冰的主要成份是甲烷,1m3可燃冰可转化生成164m3的甲烷气体和0.8m3的水,已知甲烷气体的热值为3.6×107 J/m3.桂林市新开通的301路公交车,使用LNG天然液化气为燃料,这种燃料的主要成份就是甲烷.如果301路公交车满载乘客时总质量是6000kg,1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧产生的能量,可供公交车满载时以36km/h的速度匀速行驶1640min,行驶中公交车受到的平均阻力为车重的0.05倍,则这段时间内发动机的实际功率和效率各为多大?

问题描述:

可燃冰的主要成份是甲烷,1m3可燃冰可转化生成164m3的甲烷气体和0.8m3的水,已知甲烷气体的热值为3.6×107 J/m3.桂林市新开通的301路公交车,使用LNG天然液化气为燃料,这种燃料的主要成份就是甲烷.如果301路公交车满载乘客时总质量是6000kg,1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧产生的能量,可供公交车满载时以36km/h的速度匀速行驶1640min,行驶中公交车受到的平均阻力为车重的0.05倍,则这段时间内发动机的实际功率和效率各为多大?

由题知:v=36km/h=10m/s,
公交车行驶路程:
s=vt=10m/s×9.84×104s=9.84×105m,
∵车匀速行驶,
∴汽车的牵引力:
F=f=0.05G=0.05mg=0.05×6000kg×10N/kg=3×103N,
牵引力做的有用功:
W有用=Fs=3×103N×9.84×105m=2.952×109J,
由题知:t=1640min=9.84×104s
发动机的实际功率:
P=

W有用
t
=
2.952×109J
9.84×104S
=3×104W;
1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧放出热量:
Q=q甲烷V
=3.6×107J/m3×164m3=5.904×109J,
发动机效率:
η=
W有用
Q
=
2.952×109J
5.904×109J
=50%.
答:这段时间内发动机的实际功率为3×104W、效率为50%.
答案解析:(1)知道汽车的速度,利用s=vt求公交车行驶路程;由于汽车匀速行驶,所以汽车的牵引力等于阻力;利用W=Fs求牵引力做的功(有用功),知道做功时间t=1640min,利用P=
W
t
求发动机的实际功率;
(2)知道甲烷的体积和热值,利用Q=qV求1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧放出热量;再利用效率公式求发动机效率
考试点:功率的计算;热机的效率.
知识点:本题为力学、热学的综合题,考查了学生对速度公式、燃料完全燃烧放热公式、功的公式、功率公式、效率公式的掌握和运用,知识点多、综合性强,属于难题,要求灵活运用所学知识求解.