Question

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

（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一般是柴油機(jī)或汽油機(jī)，它把燃料燃燒放出的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如圖是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮沖程．
（2）為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，汽車的冷卻系統(tǒng)常用水的循環(huán)來降低發(fā)動(dòng)機(jī)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(dāng)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(xué)閱讀了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的說明書后，將內(nèi)燃機(jī)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(shí)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(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器；根據(jù)氣門的開閉情況和活塞的運(yùn)動(dòng)方向判斷是汽油機(jī)的哪個(gè)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(jì)算公式計(jì)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(jī)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?yàn)槠�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，�?jù)此求該汽車在水平面上勻速行駛時(shí)所受到的阻力．

解答 解：
（1）柴油機(jī)或汽油機(jī)，都屬于熱機(jī)，是將燃料燃燒放出的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器；如圖所示的沖程，兩氣門都關(guān)閉，活塞上移，是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)的效率：
η=100%-33%-30%-7%=30%，
根據(jù)η=$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$可得，發(fā)動(dòng)機(jī)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?yàn)槠�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�?br />則該汽車在水平面上勻速行駛時(shí)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(dāng)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(shí)所受到的阻力為2000N．

點(diǎn)評 本題為力學(xué)和熱學(xué)的綜合計(jì)算題，考查了熱機(jī)的能量轉(zhuǎn)化、內(nèi)燃機(jī)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(yīng)用，知識點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，屬于難題！