Question

8．隨著人們生活水平的不斷提高，各種小汽車(chē)已經(jīng)走進(jìn)我們的家庭．小汽車(chē)的一些設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中的許多現(xiàn)象與物理知識(shí)有關(guān)，請(qǐng)你用學(xué)過(guò)的物理知識(shí)解答下面的問(wèn)題：
（1）普通的小汽車(chē)用的是汽油機(jī)，圖甲所示的是做功沖程，為了不讓汽油機(jī)在工作時(shí)溫度升得太高，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，汽缸外有一個(gè)水套，讓汽缸被水包圍著，這是通過(guò)熱傳遞的方式減少汽缸內(nèi)能，用水來(lái)冷卻汽缸是因?yàn)樗�的比熱容較大．
（2）小明同學(xué)閱讀了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的說(shuō)明書(shū)后，將內(nèi)燃機(jī)的能量流向制成如圖乙所示的圖表，請(qǐng)根據(jù)給出的信息，計(jì)算完全燃燒0.2kg的汽油能夠獲得9.2×10⁶J的能量，這些能量能產(chǎn)生2.76×10⁶J的有用功．（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）
（3）汽車(chē)行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力為F，則燃燒m質(zhì)量的汽油，能使汽車(chē)前進(jìn)的距離s=$\frac{ηqm}{F}$（用前面給出物理量的符號(hào)表示距離，汽油的熱值在本小題中用q表示，效率用η表示）

Answer 1

分析 （1）內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)有四個(gè)沖程，即吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程；壓縮沖程即進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉，活塞由下向上運(yùn)動(dòng)，壓縮空氣做功，使氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能增加溫度升高；對(duì)于做功沖程，即氣缸內(nèi)的混合物被引燃，導(dǎo)致氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)�，這些燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，使活塞由上向下運(yùn)動(dòng)；改變內(nèi)能有兩種方式：即做功和熱傳遞；在自然界中水的比熱容最大，這也是我們選用水作為作取暖或冷卻物體的物質(zhì)的根本原因；
（2）根據(jù)熱值和汽油的質(zhì)量，用公式Q=qm求出汽油完全燃燒放出的熱量；由能流圖得出轉(zhuǎn)化為有用功的能量占總能量的比值，得出內(nèi)燃機(jī)的效率；根據(jù)W=Q_放×30%求出有用功；
（3）汽車(chē)行駛時(shí)做的有用功可以利用W=Fs來(lái)表示，汽車(chē)消耗的總能量Q可以用：Q=mq表示，利用內(nèi)燃機(jī)的效率將兩者聯(lián)系起來(lái)，從而可以表示出汽車(chē)前進(jìn)的距離．

解答 解：
（1）由圖可知，汽油機(jī)的進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉，火花塞點(diǎn)火，活塞向下運(yùn)動(dòng)，所以此沖程為做功沖程；
為了避免汽油機(jī)在工作時(shí)溫度升得太高，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，汽缸外有一個(gè)水套，讓汽缸被水包圍著，即通過(guò)水吸收熱量而使得氣缸溫度降低，這是通過(guò)熱傳遞的方式改變內(nèi)能的；
選擇用水作為冷卻劑，是因?yàn)樗�的比熱容大，即相同質(zhì)量的水和其他的液體相比較時(shí)，在升高相同溫度時(shí)，水能吸收的熱量多，故用水冷卻效果好；
（2）汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，完全燃燒0.2kg的汽油產(chǎn)生的熱量：
Q_放=mq=0.2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁶J；
由圖可知，做有用功的能量占：100%-33%-30%-7%=30%，
即內(nèi)燃機(jī)的效率為η=30%；
因此產(chǎn)生的有用功：W=Q_放×30%=9.2×10⁶J×30%=2.76×10⁶J；
（3）設(shè)汽車(chē)通過(guò)的距離為s．
則完全燃燒質(zhì)量為m的汽油產(chǎn)生的總能量：Q=mq，
有效利用的能量：Q_有=Qη=ηmq-----①，
有效利用的能量對(duì)汽車(chē)做功，即W=Q_有 -----②，
牽引力對(duì)汽車(chē)做的功W=Fs-----③，
聯(lián)立①②③式解得：s=$\frac{ηqm}{F}$．
故答案為：（1）做功；熱傳遞；比熱容；（2）9.2×10⁶； 2.76×10⁶；（3）$\frac{ηqm}{F}$．

點(diǎn)評(píng) 本題以汽車(chē)為背景中，考查了多個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)，包括能量的轉(zhuǎn)化、效率的公式、功率的公式等，綜合性很強(qiáng)，有一定的難度，值得我們關(guān)注．