Question

12．閱讀短文，回答問題
小華家新買了一輛汽車，如圖甲是汽車的銘牌，其中耗油量是指汽車正常行駛100Km消耗汽油的體積，為測試汽車的性能，小華駕駛汽車以30kW的恒定功率啟動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中受到的阻力不變，通過專用儀器測量得到汽車的速度v與時(shí)間t的關(guān)系圖如圖乙所示．已知汽油的密度是0.7×10kg/m³、熱值是4.6×10⁷J/kg．

型號(hào)
整車質(zhì)量/kg	1200
油箱容積/L	60
耗油量/L•100km-1	10

（1）汽油機(jī)工作時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是做功沖程，若單缸四沖程汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速是3600r/min，則汽油機(jī)1s對外做功30次．
（2）在測試汽車性能時(shí)，在0-10s時(shí)間內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做了多少功？
（3）汽車運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力是多少？
（4）小華駕駛該車以25m/s的速度勻速行駛100km，若汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率恒為30kW，則汽油完全燃燒放出的熱量是多少？該汽車能量利用效率是多少？（保留一位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）汽油機(jī)四沖程中的能量轉(zhuǎn)化情況，吸氣和排氣沖程不發(fā)生能量轉(zhuǎn)化，壓縮沖程將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
在四沖程內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈，完成2個(gè)沖程，1個(gè)工作循環(huán)中包括4個(gè)沖程并對外做功1次．
（2）知道轎車以90kW的恒定功率做直線運(yùn)動(dòng)，利用W=Pt求轎車發(fā)動(dòng)機(jī)做功；
（3）利用P=Fv求汽車牽引力，而汽車勻速行駛、受平衡力，根據(jù)二力平衡條件求汽車受到的阻力；
（4）利用m=ρV求出汽油的質(zhì)量，利用燃料完全燃燒放熱公式Q_放=qm求汽油完全燃燒放出的熱量；根據(jù)求出汽車所做的功，利用η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$求出效率．

解答 解：
（1）汽油機(jī)的四個(gè)沖程是吸氣、壓縮、做功、排氣沖程．做功沖程高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
已知沖程汽油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速是3600r/min=60r/s，即每秒鐘轉(zhuǎn)60圈，完成30個(gè)工作循環(huán)，即對外做功30次．
（2）轎車的功率P=30kW=3×10⁴W，
在0～10s時(shí)間內(nèi)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做功：W=Pt=3×10⁴W×10s=3×10⁵J；
（3）由圖示知轎車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度是v=30m/s；
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，轎車運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力：
f=F=$\frac{P}{v}$=$\frac{3×1{0}^{4}W}{30m/s}$=1000N；
（5）消耗的汽油m=ρ_汽油V=0.7×10³kg/m³×10×10^-3m³=7kg，
Q_放=qm=4.6×10⁷J/kg×7kg=3.22×10⁸J，
由P=$\frac{W}{t}$、v=$\frac{s}{t}$得：
W′=P′t=P′×$\frac{s}{v}$=30×10³W×$\frac{100×1{0}^{3}m}{25m/s}$=1.2×10⁸J；
η=$\frac{W′}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.2×1{0}^{8}J}{3.22×1{0}^{8}J}$×100%≈37.3%．
答：（1）做功；30．
（2）在測試汽車性能時(shí)，在0-10s時(shí)間內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)做了3×10⁵J的功；
（3）汽車運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力是1000N；
（4）小華駕駛該車以25m/s的速度勻速行駛100km，若汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率恒為30kW，則汽油完全燃燒放出的熱量是3.22×10⁸J；該汽車能量利用效率是37.3%．

點(diǎn)評 本題通過家用轎車為載體，考查了學(xué)生對汽油機(jī)四沖程、吸熱公式、速度公式、二力平衡條件的掌握和應(yīng)用，知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，屬于難題，要求靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)！