Question

16．小明的爸爸最近購買了一輛轎車，小明利用所學的物理知識對汽車進行了一系列探索與研究：（g取10N/kg）

（1）汽車發(fā)動機一般是柴油機或汽油機，它把燃料燃燒放出的內(nèi)能轉化為機械能，如圖是汽車發(fā)動機的壓縮沖程．
（2）為了防止發(fā)動機過熱，汽車的冷卻系統(tǒng)常用水的循環(huán)來降低發(fā)動機的溫度5kg水在冷卻系統(tǒng)中溫度升高50℃，所吸收的熱量是多少？這些熱量相當于完全燃燒多少kg的煤所釋放的熱量？（煤的熱值為3×10⁷J/kg）
（3）小明同學閱讀了汽車發(fā)動機的說明書后，將內(nèi)燃機的能量流向制成如圖所示的圖表，根據(jù)圖表中的信息，若完全燃燒1L的汽油可使汽車勻速行駛4830m，則該汽車在水平面上勻速行駛時所受到的阻力為多少N？（汽油熱值為4.6×10⁷J/kg，汽油密度為0.7×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）熱機是將內(nèi)能轉化為機械能的機器；根據(jù)氣門的開閉情況和活塞的運動方向判斷是汽油機的哪個沖程？
（2）已知水的質(zhì)量、比熱容、溫度的變化量，利用熱量的計算公式計算水吸收的熱量；由題知Q_放=Q_吸，再利用Q_放=mq求需要完全燃燒煤的質(zhì)量；
（3）知道汽油的體積，利用m=ρV求汽油的質(zhì)量，再利用Q_放=mq求這些汽油完全燃燒發(fā)出的熱量；根據(jù)圖表中的信息，求出汽油機的效率，利用效率公式求出輸出有用功，利用W_有用=Fs求汽車牽引力；因為汽車汽車在水平面上勻速行駛，汽車受到的牽引力和阻力是一對平衡力，大小相等，據(jù)此求該汽車在水平面上勻速行駛時所受到的阻力．

解答 解：
（1）柴油機或汽油機，都屬于熱機，是將燃料燃燒放出的內(nèi)能轉化為機械能的機器；如圖所示的沖程，兩氣門都關閉，活塞上移，是汽車發(fā)動機的壓縮沖程；
（2）水吸收的熱量：
Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×5kg×50℃=1.05×10⁶J；
由題知，Q_放=Q_吸=1.05×10⁶J，
由Q_放=mq得需要完全燃燒煤的質(zhì)量：
m_煤=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.05×1{0}^{6}J}{3×1{0}^{7}J/kg}$=0.035kg；
（3）1L的汽油的質(zhì)量：
m_汽油=ρ_汽油V_汽油=0.7×10³kg/m³×1×10^-3m³=0.7kg，
這些汽油完全燃燒發(fā)出的熱量：
Q_放′=m_汽油q_汽油=4.6×10⁷J/kg×0.7kg=3.22×10⁷J，
根據(jù)圖表中的信息，汽油機的效率：
η=100%-33%-30%-7%=30%，
根據(jù)η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$可得，發(fā)動機輸出的有用功：
W_有用=η×Q_放′=30%×3.22×10⁷J=9.66×10⁶J，
由W_有用=Fs得汽車牽引力：
F=$\frac{{W}_{有用}}{s}$=$\frac{9.66×1{0}^{6}J}{4830m}$=2000N，
因為汽車汽車在水平面上勻速行駛，汽車受到的牽引力和阻力是一對平衡力，大小相等，
則該汽車在水平面上勻速行駛時所受到的阻力f=F=2000N．
故答案為：
（1）內(nèi)；壓縮；
（2）5kg水在冷卻系統(tǒng)中溫度升高50℃，所吸收的熱量是1.05×10⁶J；這些熱量相當于完全燃燒0.035kg的煤所釋放的熱量；
（3）該汽車在水平面上勻速行駛時所受到的阻力為2000N．

點評 本題為力學和熱學的綜合計算題，考查了熱機的能量轉化、內(nèi)燃機四沖程的判斷、密度公式、燃料完全燃燒放熱公式、效率公式、功的公式、二力平衡條件的應用，知識點多、綜合性強，屬于難題！