题目

氢气—汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换。氢气和汽油的热值分别取 、 。小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250km，出发时油箱内汽油的质量为8kg。设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶。全程分两个阶段，如图所示。 阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以25m/s的速度匀速行驶1h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20kW，消耗了0.8kg氢气。 阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为30%。 （1） 求轿车行驶过程中受到的阻力； （2） 在使用氢燃料的情况下，求轿车发动机的效率； （3） 请通过计算说明小华最终能否到达乙地。 答案： 解：轿车使用氢燃料从甲地匀速行驶到达丙地，轿车牵引力的功率为20kW，轿车的速度25m/s，轿车行驶过程中受到的阻力与牵引力为平衡力，由 P=Wt=Fst=Fv 得轿车行驶过程中受到的阻力 f=F=Pv=2×104W25m/s=800N 答：轿车行驶过程中受到的阻力为800N； 解：使用氢燃料，轿车发动机做功W有=Pt=20×103W×3600s=7.2×107J 氢燃烧放出的热量Q放1=m氢q=0.8kg×1.5×108J/kg=1.2×108J 轿车发动机的效率 η1=W有Q放1×100%=7.2×107J1.2×108J×100=60% 答：在使用氢燃料的情况下，轿车发动机的效率是 60% ； 解：轿车从甲地到丙地通过的路程 s1=vt=25m/s×3600s=9×104m=90km 则从丙地到乙地的距离为s2=250km-90km=160km 设油箱内汽油的质量能使轿车行驶的路程为s，由 η=WQ=Fsmq 得 s=m汽油qηF=8kg×1.5×107J/kg×30%800N=4.5×104m=45km<160km 所以小华最终不到达乙地。 答：小华最终不能到达乙地。

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