Question

4．如圖所示為FDP30C型柴油水泵機(jī)組（水泵機(jī)組動力由柴油機(jī)提供），它的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、體積小、功率大；省時、省油、省心．該水泵機(jī)組的名牌如下表所示．（g=10N/kg，q_柴油=4.3×10⁷J/kg）求：
（1）小明的爸爸在購買柴油水泵時，通過觀察該泵工作時尾氣的溫度、顏色、味道就能初步判斷該泵的節(jié)能效果，請你說明他這樣做的理由；
（2）柴油水泵機(jī)組的有用功功率；
（3）正常工作2小時，水泵機(jī)組消耗柴油的質(zhì)量（結(jié)果保留兩位小數(shù)）．

型號	FDP30C
流量	108m3/h
揚(yáng)程	20m
質(zhì)量	30kg
效率	40%

Answer 1

分析 （1）熱機(jī)的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比．燃燒相同的燃料，有效利用的能量越多，效率越高．
（2）求出2h所抽送的水的體積，利用重力公式和密度公式求這些水的重力大小，知道水被提升的高度，水泵機(jī)組對水做了多少功；利用P=$\frac{W}{t}$可求得水泵機(jī)組的有用功功率；
（3）該水泵機(jī)組的效率為40%，可求轉(zhuǎn)化為水泵軸的機(jī)械能的熱量，根據(jù)熱機(jī)效率求柴油完全燃燒所釋放的總熱量，再利用燃料完全燃燒放熱公式求水泵機(jī)組消耗多少柴油．

解答 解：（1）尾氣的柴油味濃、顏色黑都說明柴油沒有充分燃燒，浪費(fèi)了燃料，柴油機(jī)的效率低；尾氣的溫度高，說明散失的熱量多，柴油機(jī)的效率低；反之，柴油機(jī)的效率高，即節(jié)能．
（2）2h所抽送的水的體積為：
V=2h×108m³/h=216m³，
這些水的重力：
G=mg=ρ_水Vg=1.0×10³kg/m³×216m³×10N/kg=2.16×10⁶N，
這些水被提升的高度為h=20m，所做的有用功為：
W_有用=Gh=2.16×10⁶N×20m=4.32×10⁷J；
水泵機(jī)組的有用功功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{4.32×1{0}^{7}J}{2×3600s}$=6000W；
（3）因?yàn)樗�泵的效率�?$\frac{{W}_{有用}}{{Q}_{放}}$，
則柴油完全燃燒放出的熱量：Q_放=$\frac{{W}_{有用}}{η}$=$\frac{4.32×1{0}^{7}J}{40%}$=1.08×10⁸J，
消耗的柴油為：m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{4.3×1{0}^{7}J/kg}$≈2.51kg．
答：（1）他這樣做的理由是：尾氣的柴油味濃、顏色黑都說明柴油沒有充分燃燒，浪費(fèi)了燃料，這樣柴油機(jī)的效率會低．尾氣的溫度高，說明散失的熱量多，柴油機(jī)的效率低，反之，柴油機(jī)的效率高，即節(jié)能；
（2）水泵機(jī)組的有用功功率是6000W；
（3）正常工作2小時，水泵機(jī)組消耗柴油的質(zhì)量為2.51kg．

點(diǎn)評 熱機(jī)的效率高低是衡量熱機(jī)性能好壞的一個重要指標(biāo)，在日常生活中利用排氣管冒出的尾氣情況是確定內(nèi)燃機(jī)效率高低的一種常用方法．本題為力學(xué)和熱學(xué)綜合題，考查了學(xué)生對重力公式、密度公式、功的公式、功率公式、燃料完全燃燒放熱公式的掌握和運(yùn)用，知識點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)，要求靈活運(yùn)用所學(xué)公式，屬于難題．