Question

6．小華家新買了一輛汽車，下表是汽車的銘牌，其中耗油量指汽車正常行駛100km消耗汽油的體積；圖甲是該車自動測定汽車油箱內油面高度的裝置原理圖，為測試汽車性能，小華駕駛汽車性能，小華駕駛汽車以30kW的恒定功率啟動做直線運動，運動過程中受到的阻力不變，通過專用儀器測量得到汽車速度v與時間t的關系如圖乙所示，已知汽油的密度為0.7×10³kg/m³，熱值為4.6×10³J/kg．

型號	××
整車質量/kg	1200
油箱容積/L	60
汽油量/L（100km）-3	10

（1）汽車上的散熱器用水作為冷卻劑，這是利用了水的比熱容，較大的性質．
（2）汽油機工作時，將內能轉化為機械能的是做功沖程，若單缸四沖程汽油機飛輪的轉速是3600r/min，則汽油機1s內對外做功30次．
（3）圖乙中的油量表實質是電流表改裝而成的，電路中定值電阻為R0的作用是保護電路，在加油使，油量表的示數(shù)變大（變大/不變/變小）．若用電壓表改裝成油量表，要求加油時示數(shù)變大，則電壓表改裝的油量表應與定值電阻R0（定值電阻R0/滑動變阻器）并聯(lián)．
（4）在測試汽車性能時，在0～10s時間內，汽車發(fā)動機做功3×10⁵J，汽車運動過程中受到的阻力是1000N．
（5）小華駕駛該車以25m/s的速度勻速行駛100km，若汽車發(fā)動機的輸出功率恒為20kW，則汽油完全燃燒放出的熱量為3.22×10⁸J，該汽車能量利用效率大約是37.3%．

Answer 1

分析 （1）水具有較大的比熱容是它常被用做冷卻劑的原因．
（2）汽油機四沖程中的能量轉化情況，吸氣和排氣沖程不發(fā)生能量轉化，壓縮沖程將機械能轉化為內能；做功沖程將內能轉化為機械能；
在四沖程內燃機曲軸轉一圈，完成2個沖程，1個工作循環(huán)中包括4個沖程并對外做功1次．
（3）如圖，該裝置涉及到浮力、杠桿、滑動變阻器、電流表等相關知識，油面上升通過浮子和杠桿使滑動變阻器連入的電阻變小，電路中的電流變大；油面下降通過浮子和杠桿使滑動變阻器連入的電阻變大，電路中的電流變��；據(jù)此分析；
如果沒有定值電阻的話，則當油箱中的油越來越多的時候，滑動變阻器的阻值就會越來越小，此時電路中的電流就會越來越大，可能會燒壞油量表；
若用電壓表改裝成油量表，要求加油時示數(shù)變大，根據(jù)定值電阻R₀和滑動變阻器兩端的電壓變化分析判斷．
（4）知道轎車以90kW的恒定功率做直線運動，利用W=Pt求轎車發(fā)動機做功，再利用P=Fv求汽車牽引力，而汽車勻速行駛、受平衡力，根據(jù)二力平衡條件求汽車受到的阻力；
（5）利用m=ρV求出汽油的質量，利用燃料完全燃燒放熱公式Q_放=qm求汽油完全燃燒放出的熱量；根據(jù)求出汽車所做的功，利用η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$求出效率．

解答 解：
（1）汽車散熱器用水作為冷卻劑，是利用了水的比熱容較大的性質．
（2）汽油機的四個沖程是吸氣、壓縮、做功、排氣沖程．做功沖程高溫高壓燃氣推動活塞向下運動，將內能轉化為機械能；
已知沖程汽油機的飛輪轉速是3600r/min=60r/s，即每秒鐘轉60圈，完成30個工作循環(huán)，即對外做功30次．
（3）油量表串聯(lián)在電路中，實際是一電流表；在加油時，浮子位置升高，在杠桿作用下，滑動變阻器連入電路的阻值變小，使電路中的電流變大，電流表示數(shù)變大，油量表示數(shù)變大；R′的作用是可以防止電路中的電流過大而燒壞儀表，保護電路．
若用電壓表改裝成油量表，要求加油時示數(shù)變大，根據(jù)U=IR可知：電流變大時，定值電阻R₀兩端的電壓變大，則電壓表改裝的油量表應與定值電阻R₀并聯(lián)．
（4）轎車的功率P=30kW=3×10⁴W，
在0～10s時間內，汽車發(fā)動機做功：W=Pt=3×10⁴W×10s=3×10⁵J；
由圖示知轎車勻速運動時的速度是v=30m/s；
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，轎車運動過程中受到的阻力：
f=F=$\frac{P}{v}$=$\frac{3×{10}^{4}W}{30m/s}$=1000N；
（5）消耗的汽油m=ρ_汽油V=0.7×10³kg/m³×10×10^-3m³=7kg，
Q_放=qm=4.6×10⁷J/kg×7kg=3.22×10⁸J，
由P=$\frac{W}{t}$、v=$\frac{s}{t}$得：
W′=P′t=P′×$\frac{s}{v}$=30×10³W×$\frac{100×{10}^{3}m}{25m/s}$=1.2×10⁸J；
η=$\frac{W′}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.2×{10}^{8}J}{3.22×{10}^{8}J}$×100%≈37.3%．
故答案為：（1）比熱容；
（2）做功；30；
（3）保護電路；變大；
（4）3×10⁵；1000；
（5）3.22×10⁸；37.3%．

點評 本題通過家用轎車為載體，考查了學生對汽油機四沖程、水的比熱容大、吸熱公式、速度公式、二力平衡條件的掌握和應用，知識點多、綜合性強，屬于難題，要求靈活運用所學知識！