Question

3．目前，“節(jié)能減排”已引起全球的關(guān)注．如何減少能耗，提高汽車發(fā)動機(jī)的效率越來越受到人們的重視．
（1）大多數(shù)家用汽車的發(fā)動機(jī)均為汽油機(jī)，它把汽油燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能部分轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再通過傳動機(jī)構(gòu)將動力傳給車輪使汽車行駛．請你將圖17中汽油機(jī)工作時(shí)的能流圖補(bǔ)充完整．

（2）發(fā)動機(jī)的效率是汽車的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)之一．
廠家提供的某汽車出廠的部分參數(shù)如下；
①測試數(shù)據(jù)：汽車在平直公路上以100km/h的速度勻速行駛時(shí)，百公里耗油量為V₀（L），發(fā)動機(jī)輸出功率為P₀（kW）；
②使用燃料：93#汽油[熱值為q₀（J/kg）、密度為ρ_o（kg/m³）]．
請用以上參數(shù)推算出在測試條件下，
①汽車行駛100km做多少功？
②行駛100km消耗的油放出的總熱量．
③該汽車發(fā)動機(jī)的效率．

Answer 1

分析 （1）要解決此題，需要掌握熱機(jī)的各種能量損失：克服機(jī)械摩擦消耗的能量、機(jī)械散熱損失、廢氣帶走的熱量．
（2）要解決此題需要掌握熱機(jī)效率的概念：熱機(jī)用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比．其中首先根據(jù)公式W=Pt計(jì)算出發(fā)動機(jī)做的功，即有用功；根據(jù)公式m=ρV計(jì)算出汽油的質(zhì)量，然后根據(jù)公式Q=mq計(jì)算出燃料完全燃燒放出的能量，最后根據(jù)公式η=$\frac{W}{Q}$計(jì)算熱機(jī)的效率．

解答 解：（1）燃料燃燒放出的熱量，一部分要克服機(jī)械摩擦，一部分由氣缸直接向外散熱，大部分由廢氣帶走，剩余的是用來做有用功的能量．
（2）v=100km/h
在一百公里內(nèi)發(fā)動機(jī)做的功為：W=Pt=P×$\frac{s}{v}$=P₀×1000×$\frac{100×1000}{\frac{100}{3.6}}$=3.6×10⁶P₀
所用汽油的質(zhì)量為：m=ρV=ρ₀×V₀×10^-3=$\frac{{ρ}_{0{V}_{0}}}{1000}$，
行駛100km消耗的油放出的總熱量Q=mq=$\frac{{ρ}_{0{V}_{0}}}{1000}$×q₀=$\frac{{ρ}_{0}{V}_{0}{q}_{0}}{1000}$，
η=$\frac{W}{Q}$=$\frac{3.6×1{0}^{6}{P}_{0}}{\frac{{ρ}_{0}{V}_{0}{q}_{0}}{1000}}$=$\frac{3.6×1{0}^{9}{P}_{0}}{{ρ}_{0}{V}_{0}{q}_{0}}$
$\frac{Pt}{mq}$=$\frac{P\frac{s}{v}}{mq}$=$\frac{Ps}{ρVqv}$=$\frac{{P}_{0}×1{0}^{3}×\\;100×1{0}^{3}}{{ρ}_{0}{V}_{0}×1{0}^{3}×{q}_{0}×100×\frac{1000}{3600}}$=$\frac{3.6×1{0}^{9}{P}_{0}}{{ρ}_{0}{V}_{0}{q}_{0}\\;}$
答：（1）克服摩擦耗能；廢氣帶走熱量；
（2）①汽車行駛100km做3.6×10⁶P₀功．
②行駛100km消耗的油放出的總熱量為=$\frac{{ρ}_{0}{V}_{0}{q}_{0}}{1000}$．
③該汽車發(fā)動機(jī)的效率．該熱機(jī)的效率為=$\frac{3.6×1{0}^{9}{P}_{0}}{{ρ}_{0}{V}_{0}{q}_{0}\\;}$．

點(diǎn)評 此題主要考查了熱機(jī)效率的概念及熱機(jī)工作過程中熱量的走向．通過給出有關(guān)數(shù)據(jù)及信息考查了學(xué)生對熱機(jī)效率的理解．