Question

8．汽車已經(jīng)走進我們的家庭．小林的爸爸最近也購買了一輛轎車．表中列出該轎車的一些性能參數(shù)．

單車質(zhì)量/kg	1600	發(fā)動機排量/L	2.0
燃料	92#汽油	水箱容量/L	5.0

（1）當該轎車汽油機的轉(zhuǎn)速為3600r/min時，則在1min內(nèi)汽油機對外做功的次數(shù)是1800次，壓縮沖程中將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）“轎車不但要吃油，有時也要喝水”，用水冷卻發(fā)動機是因為水的比熱容大，在發(fā)動機開始工作后一段時間內(nèi)，水箱中水的內(nèi)能會增加（填“增加”或“減少”），這是通過熱傳遞方式來改變內(nèi)能的．
（3）轎車在上坡時，將檔位換成低速檔，以減小行駛的速度，這樣做的目的是D．
A．安全    B．省油    C．減小摩擦    D．增大爬坡的牽引力
（4）小林通過測量獲得轎車以不同速度行駛時對應的制動距離（即從操縱制動剎車到車停下來的距離），數(shù)據(jù)如表所示：

速度/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制動距離/m	8	18		50	72

根據(jù)表中數(shù)據(jù)所反映的內(nèi)在規(guī)律，當轎車速度為80km/h時對應的制動距離是32m．
（5）小林通過上網(wǎng)查到了這種轎車的輸出功率與轉(zhuǎn)速的關系如圖所示．小林又向爸爸詢問了一些實測數(shù)據(jù)：轎車行駛的路況好，平均車速為100km/h，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min，平均油耗為9L/100km，由圖中數(shù)據(jù)，分析這輛汽車在這種狀態(tài)下行駛時，每小時對外所做的有用功為1.08×10⁸J，汽油機的效率是32.6%．（保留一位小數(shù)）
（已知汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，密度為0.8×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）在四沖程內(nèi)燃機曲軸轉(zhuǎn)一圈，完成2個沖程，1個工作循環(huán)中包括4個沖程并對外做功1次；在內(nèi)燃機的做功沖程中能量轉(zhuǎn)化是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能、壓縮沖程中能量轉(zhuǎn)化是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）與其它液體相比，水的比熱容最大，在質(zhì)量和升高的溫度相同時，水吸收的熱量最多；改變物體內(nèi)能有兩個方法：做功和熱傳遞，其中做功改變內(nèi)能本質(zhì)是機械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，熱傳遞改變內(nèi)能本質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移；
（3）對于汽車來說，其最大功率是一定的，由P=Fv可知，只有減小速度，才能得到更大的牽引力，更有利于上坡；
（4）由對表格中速度和制動距離的關系的分析我們可以得出制動距離應與速度的平方成正比，則可得速度為80km/h時的制動距離；
（5）由圖讀出發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min時的輸出功率，根據(jù)W=Pt求出每小時對外所做的有用功，根據(jù)Q=mq=ρVq求出汽油完全燃燒釋放的熱量，
然后根據(jù)η=$\frac{W}{Q}$×100%求出發(fā)動機的效率．

解答 解：
（1）飛輪轉(zhuǎn)速是3600r/min，因一個工作循環(huán)飛輪轉(zhuǎn)2圈，做功一次，所以該汽油機1min對外做功1800次；
在壓縮沖程中，是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）汽車發(fā)動機工作過程中，不可避免地產(chǎn)生很多熱量，在質(zhì)量和升高的溫度相同時，水的比熱最大，吸收的熱量最多，冷卻效果最好；
發(fā)動機工作過程中會產(chǎn)生熱量，熱量傳遞到水，使水的內(nèi)能增加．這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的；
（3）由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv變形可得F=$\frac{P}{v}$，由此可知，汽車的最大功率一定時，減小行駛速度時，可以獲得更大的牽引力，故D正確；
（4）通過對1、2、4、5的分析可知速度越大制動距離越大，即制動距離一定與速度有關，但明顯不是正比關系，
故可以想到可能與速度的平方成正比，通過計算可知制動距離的確與速度的平方成正比：
則由$\frac{（40km/h）^{2}}{28m}$=$\frac{（80km/h）^{2}}{s}$解得：80km/h的制動距離為32m；
（5）由發(fā)動機輸出特性曲線可知：發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min時，其輸出功率約為30kW，
每小時對外所做的有用功：
W=Pt=30×10³W×3600s=1.08×10⁸J；
行駛100km消耗的汽油是9L=9dm³=9×10^-3m³，則完全燃燒釋放的熱量：
Q=mq=ρVq=0.8×10³kg/m³×9×10^-3m³×4.6×10⁷J/kg=3.312×10⁸J，
發(fā)動機的效率：
η=$\frac{W}{Q}$=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.312×1{0}^{8}J}$×100%≈32.6%．
故答案為：（1）1800；機械；內(nèi)；（2）比熱容；增加；熱傳遞；（3）D；（4）32；（5）1.08×10⁸；32.6．

點評 本題通過家用轎車為載體，考查了學生對有關熱機的計算和能量的轉(zhuǎn)化、水的比熱容較大的特點、改變內(nèi)能的方法、功率公式的應用、總功工作、效率公式的應用等，知識點多、綜合性強，屬于難題，要求靈活運用所學知識！