Question

(2010全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽復(fù)賽題)小亮家有一輛家用轎車(chē)，爸爸在給他說(shuō)車(chē)的性能時(shí)，總是說(shuō)“2．0的排量”，卻很少說(shuō)“功率”，為此小亮特地從網(wǎng)上查到了排量的定義：活塞從上止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)所通過(guò)的空間容積稱(chēng)為汽缸排量。如果發(fā)動(dòng)機(jī)有若干個(gè)氣缸，所有氣缸工作容積之和稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)排量。從說(shuō)明書(shū)上查到：小亮家的汽車(chē)采用的是LFX直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，排量為2.0L；從網(wǎng)上查找到了其輸出特性曲線（如圖8所示）；小亮又向爸爸詢(xún)問(wèn)了一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：由于汽車(chē)行駛的路況很好，所以平均車(chē)速為90km／h，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min，平均行駛百公里油耗為9L；從物理書(shū)上查得汽油的熱值為4．6×10⁷J/kg，密度為0．71×10³kg/m³

（1）．由這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1000~5000 r/min范圍內(nèi)，它的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致有什么關(guān)系？

（2）．試通過(guò)公式推導(dǎo)出在其他參數(shù)相同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率與其排量的關(guān)系。

（3）．這輛汽車(chē)以90km／h行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率約為多少？每個(gè)做功沖程汽缸內(nèi)的平均壓強(qiáng)是約為多少？

Answer 1

解析：（1）.由這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可以看出在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1000~5000r/min范圍內(nèi)，它的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致成正比。

（2）.設(shè)做功沖程燃?xì)鈱?duì)活塞的平均壓強(qiáng)為p₀，發(fā)動(dòng)機(jī)排量為V_排，

做功沖程燃?xì)鈱?duì)一個(gè)活塞的平均壓力F= p₀S，

每個(gè)做功沖程燃?xì)鈱?duì)一個(gè)活塞做的功W₀=FL= p₀SL= p₀V_排/4

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n時(shí)燃?xì)鈱?duì)活塞做功的功率P=W/t=2n·p₀V_排/4= np₀V_排/2

所以，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n，做功沖程氣缸平均壓強(qiáng)p₀大致相同時(shí)，燃?xì)鈱?duì)活塞做功的功率P與發(fā)動(dòng)機(jī)排量V_排成正比。

（3）. 由這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出特性曲線可知，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=200r/min時(shí)，其輸出功率約為37kW。

η=×100%=×100%=×100%=×100%=50.4%。

由P= np₀V_排/2可得p₀==1.11×10⁶Pa。