Question

2．下表是某品牌小轎車的一些技術(shù)參數(shù)．其中排氣量是指發(fā)動機氣缸的工作容積，一般情況下，發(fā)動機的排氣量越大，機械功率越大．空燃比是指氣缸內(nèi)空氣和燃油的質(zhì)量比．當該發(fā)動機輸出最大機械功率時，氣缸內(nèi)汽油和空氣的混合密度為1.5kg/m³，1min內(nèi)高溫高壓的燃氣推動活塞做功2500次．

車型	某品牌轎車
排氣量	2.0L
最大功率	75kW
空燃比	14：1
汽油的熱值	4.5×107J/kg

請你回答并計算發(fā)動機在輸出最大功率時：
（1）燃氣對外做功時，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能．
（2）做功一次消耗汽油的質(zhì)量．
（3）發(fā)動機的效率．

Answer 1

分析 （1）汽油機的工作循環(huán)由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成，其中壓縮沖程機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，做功沖程內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能；
（2）根據(jù)m=ρV算出燃氣的質(zhì)量，然后根據(jù)空燃比算出汽油的質(zhì)量；
（3）發(fā)動機的效率是有用功跟汽油燃燒釋放熱量的比值．

解答 解：（1）汽油機的燃氣對外做功時，將燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成活塞的機械能；
（2）∵ρ=$\frac{m}{V}$
∴燃氣的質(zhì)量：m=ρV=1.5kg/m³×2×10^-3m³=3×10^-3kg，
因為空燃比是14：1，所以燃油的質(zhì)量是整個質(zhì)量的$\frac{1}{15}$，
做一次功消耗的汽油質(zhì)量：3×10^-3kg×$\frac{1}{15}$=2×10^-4kg．
（3）1min內(nèi)做的有用功：W=Pt=7.5×10⁴W×60s=4.5×10⁶J．
1min內(nèi)汽油燃燒釋放的熱量：Q=qm=4.5×10⁷J/kg×2×10^-4kg×2500=2.25×10⁷J，
發(fā)動機的效率：η=$\frac{W}{Q}$=$\frac{4.5×1{0}^{6}J}{2.25×1{0}^{7}J}$×100%=20%．
答：（1）將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；
（2）做功一次消耗汽油的質(zhì)量是2×10^-4kg；
（3）發(fā)動機的效率是20%．

點評 本題以轎車為載體考查了功的計算、熱量的計算、熱機效率的計算，難點在于計算做一次功消耗燃油的質(zhì)量，具有一定的難度．