Question

12．隨著人民生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)走進(jìn)我們的家庭．小林的爸爸最近也購(gòu)買了一輛轎車．下表中列出該轎車的一些性能參數(shù)．

單車質(zhì)量/kg	1600	發(fā)動(dòng)機(jī)排量/L	2.0
燃料	92#汽油	水箱容量/L	5.0

（1）當(dāng)該轎車汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速為3600r/min時(shí)，則在1s內(nèi)汽油機(jī)對(duì)外做功的次數(shù)是30次，壓縮沖程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）“轎車不但要吃油，有時(shí)也要喝水”，用水冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)是因?yàn)樗�的比熱容大，在發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作后一段時(shí)間內(nèi)，水箱中水的內(nèi)能會(huì)增加（填“增加”或“減少”），這是通過熱傳遞方式來改變內(nèi)能的．
（3）轎車在上坡時(shí)，將檔位換成低速檔，以減小行駛的速度，這樣做的目的是D
A．安全    B．省油    C．減小摩擦    D．增大爬坡的牽引力
（4）小林通過測(cè)量獲得轎車以不同速度行駛時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離（即從操縱制動(dòng)剎車到車停下來的距離），數(shù)據(jù)如表所示：

速度/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制動(dòng)距離/m	8	18		50	72

根據(jù)表中數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律，當(dāng)轎車速度為80km/h時(shí)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離是32m．
（5）小林通過上網(wǎng)查到了這種轎車的輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖所示．小林又向爸爸詢問了一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：轎車行駛的路況好，平均車速為100km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min，平均油耗為9L/100km，參考圖中的數(shù)據(jù)，分析這輛汽車在這種狀態(tài)下行駛時(shí)，每小時(shí)對(duì)外所做的有用功為1.08×10⁸J，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率約為32.6%．（已知汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，密度為0.8×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）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(duì)外做功1次；在內(nèi)燃機(jī)的做功沖程中能量轉(zhuǎn)化是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、壓縮沖程中能量轉(zhuǎn)化是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）與其它液體相比，水的比熱容最大，在質(zhì)量和升高的溫度相同時(shí)，水吸收的熱量最多；改變物體內(nèi)能有兩個(gè)方法：做功和熱傳遞，其中做功改變內(nèi)能本質(zhì)是機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，熱傳遞改變內(nèi)能本質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移；
（3）對(duì)于汽車來說，其最大功率是一定的，由P=Fv可知，只有減小速度，才能得到更大的牽引力，更有利于上坡；
（4）由對(duì)表格中速度和制動(dòng)距離的關(guān)系的分析我們可以得出制動(dòng)距離應(yīng)與速度的平方成正比，則可得速度為80km/h時(shí)的制動(dòng)距離；
（5）由圖讀出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)的輸出功率，根據(jù)W=Pt求出每小時(shí)對(duì)外所做的有用功，根據(jù)Q=mq=ρVq求出汽油完全燃燒釋放的熱量，根據(jù)η=$\frac{W}{Q}$×100%求出發(fā)動(dòng)機(jī)的效率．

解答 解：（1）飛輪轉(zhuǎn)速是3600r/min=60r/s，因一個(gè)工作循環(huán)飛輪轉(zhuǎn)2圈，做功一次，所以每秒可以做功30次；
在壓縮沖程中，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；
（2）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，不可避免地產(chǎn)生很多熱量，在質(zhì)量和升高的溫度相同時(shí)，水的比熱最大，吸收的熱量最多，冷卻效果最好；
發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量傳遞到水，使水的內(nèi)能增加．這是通過熱傳遞的方式改變內(nèi)能的；
（3）由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的變形式F=$\frac{P}{v}$可知，汽車的最大功率一定時(shí)，減小行駛速度時(shí)，可以獲得更大的牽引力；
（4）通過對(duì)1、2、4、5的分析可知速度越大制動(dòng)距離越大，即制動(dòng)距離一定與速度有關(guān)，但明顯不是正比關(guān)系，
故可以想到可能與速度的平方成正比，通過計(jì)算可知制動(dòng)距離的確與速度的平方成正比：
則由$\frac{（40km/h）^{2}}{28m}$=$\frac{（80km/h）^{2}}{s}$解得：80km/h的制動(dòng)距離為32m；
（5）由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可知：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，其輸出功率約為30kW，
每小時(shí)對(duì)外所做的有用功：
W=Pt=30×10³W×3600s=1.08×10⁸J；
行駛100km消耗的汽油是9L=9dm³=9×10^-3m³，則完全燃燒釋放的熱量：
Q=mq=ρVq=0.8×10³kg/m³×9×10^-3m³×4.6×10⁷J/kg=3.312×10⁸J，
發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.312×1{0}^{8}J}$×100%≈32.6%．
故答案為：
（1）30；機(jī)械；內(nèi)；
（2）比熱容；增加；熱傳遞；
（3）D；
（4）32；
（5）1.08×10⁸；32.6%．

點(diǎn)評(píng) 本題通過家用轎車為載體，考查了學(xué)生對(duì)有關(guān)熱機(jī)的計(jì)算和能量的轉(zhuǎn)化、水的比熱容較大的特點(diǎn)、改變內(nèi)能的方法、功率公式的應(yīng)用、總功工作、效率公式的應(yīng)用等，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)！