解题思路:(1)把盘山公路简化为物理模型斜面,牵引力做的功为总功,将汽车提升做的功为有用功,额外功等于总功减去有用功;而额外功是克服摩擦阻力做的功,据此求摩擦力大小.
(2)已知客车质量,可以得到重力,已知客车重力和上升的高度,可以得到有用功;已知牵引力和行驶路程,可以得到总功,已知有用功和总功,利用机械效率公式得到斜面的机械效率;
(3)根据效率公式求出汽油完全燃烧放出的热量,再根据Q=mq求出汽油的质量.
(1)证明:牵引力做的功为总功W总=Fs,
克服汽车重力做的功为有用功W有用=Gh,
∵W总=W有用+W额,
∴克服摩擦力做的功为W额=W总-W有用=Fs-Gh,
∵W额=fs,
∴摩擦力f=
W额
s=[Fs−Gh/s]=F-[Gh/s].
(2)已知:m=700kg h=0.5km=500m F=20000N s=5.4km=5400m
求:η=?
汽车的重力为G=mg=700kg×9.8N/kg=6860N,
有用功为W有用=Gh=6860N×500m=3.43×106J;
总功为W总=Fs=20000N×5400m=1.08×108J,
斜面的机械效率为η=
W有用
W总=
3.43×106J
1.08×108J×100%=3.2%;
答:斜面的机械效率为3.2%;
(3)已知:W总=1.08×108J η′=30% q=4.6×107J/kg
求:m=?
汽油完全燃烧放出的热量:Q放=
W总
η′=
1.08×108J
30%=3.6×108J,
∵Q=qm,
∴消耗汽油的质量m=[Q/q]=
1.08×108J
4.6×107J/kg≈7.83kg.
答:客车从山脚到山顶消耗了7.83千克的汽油.
点评:
本题考点: 斜面的机械效率;燃料的热值.
考点点评: 本题考查了斜面机械效率、燃料的质量和效率公式的应用,是一道力热综合题,解题的关键是公式及其变形式的灵活运用,计算过程要注意单位的换算.