Question

1．某汽車的四沖程的汽油機(jī)的最大功率是60KW，以最大功率工作時(shí)飛輪轉(zhuǎn)速為2400r/min，活塞從氣缸一端運(yùn)動(dòng)到另一端所掃過(guò)的容器為氣缸排氣量，汽油機(jī)工作時(shí)，為保證汽油有效燃燒，汽油必須與吸進(jìn)空氣成適當(dāng)比例，這就是空燃比（可燃混合氣體中空氣質(zhì)量與燃油質(zhì)量之比），如圖為該汽車汽油機(jī)的示意圖，該氣缸的排氣量為1.8L，燃燒室（活塞移至最上方時(shí)的上方空間）容積為0.2L，空燃比14：1，可燃混合氣體的密度為1.35kg/m³．
（1）汽油是由石油提煉出來(lái)的，石油屬于不可再生（選填“新”、“清潔”、“可再生”、“不可再生”）能源．
（2）汽車制動(dòng)過(guò)程中，其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎、空氣的內(nèi)能，這些內(nèi)能無(wú)法自動(dòng)地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，這說(shuō)明能量的轉(zhuǎn)化具有方向性．
（3）該汽油機(jī)以最大功率工作時(shí)，每秒鐘做功20次，其中，做功沖程汽油機(jī)對(duì)汽車提供動(dòng)力．
（4）當(dāng)這輛汽車以最大功率在平直公路上以108km/h的速度勻速行駛，則汽車所受的阻力是2×10³N，此時(shí)，該汽車的汽油機(jī)每秒鐘燃燒汽油的質(zhì)量是3.6g．

Answer 1

分析 （1）能夠短時(shí)間從自然界得到補(bǔ)充的是可再生能源，短時(shí)間得不到補(bǔ)充的是不可再生能源；
（2）能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向性的，并且能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中總量保持不變；
（3）四沖程汽油機(jī)的四個(gè)沖程為一個(gè)工作循環(huán)，一個(gè)工作循環(huán)中只有做功沖程對(duì)外做功，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周．先根據(jù)汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速求出1s內(nèi)汽油機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，然后求出1s內(nèi)汽油機(jī)對(duì)外做功的次數(shù)；在壓縮沖程末、做功沖程初，火花塞冒出電火花，將混合氣體點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)�，推�?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外做功；
（4）當(dāng)汽車勻速行駛時(shí)，有P=Fv=F_阻v，根據(jù)輸出功率求出阻力的大�。惠嗇S轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，完成一個(gè)工作循環(huán)，吸氣一次，根據(jù)m=ρV計(jì)算出燃料混合物的質(zhì)量，根據(jù)空燃比計(jì)算出汽油的質(zhì)量．

解答 解：（1）石油、化石能源、核能等不能夠短時(shí)間得到補(bǔ)充，屬于不可再生能源；
（2）散失到空氣中的內(nèi)能無(wú)法自動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再用來(lái)驅(qū)動(dòng)騎車，這是因?yàn)槟芰康霓D(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性；
（3）汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速為2400r/min，說(shuō)明1s內(nèi)汽油機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)等于40．一個(gè)工作循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次，1s內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)40次，對(duì)外做功20次；
做功沖程產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)�，推�?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外做功，做功沖程汽油機(jī)對(duì)汽車提供動(dòng)力；
（4）汽車以ν₁=108km/h=30m/s勻速行駛時(shí)，汽車受到的阻力等于牽引力，有
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=F_fv
F_f=$\frac{P}{v}$=$\frac{60×1{0}^{3}W}{30m/s}$=2×10³N；
一個(gè)工作循環(huán)吸入混合物的體積：
由題意知：1.8L=（1-$\frac{0.2}{1.8}$）V，則V=1.8L×$\frac{9}{8}$=2.025L=2.025×10^-3m³；
一個(gè)工作循環(huán)吸入混合物的質(zhì)量：
m_混=ρ_混V=1.35kg/m³×2.025×10^-3m³=2.7×10^-3kg
一個(gè)工作循環(huán)吸入汽油的質(zhì)量
m_油=$\frac{1}{1+14}$m_混=$\frac{1}{15}$×2.7×10^-3kg=0.18×10^-3kg；
1s對(duì)外做功20次，汽車的汽油機(jī)每秒鐘燃燒汽油的質(zhì)量是：0.18×10^-3kg×20=3.6×10^-3kg=3.6g．
故答案為：（1）不可再生；（2）方向；（2）20；做功；
（3）2×10³；3.6，

點(diǎn)評(píng) 本題考查使用熱機(jī)有用功的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是明白內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)，經(jīng)歷四個(gè)沖程，燃?xì)鈱?duì)外做功一次，活塞往返兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周．