Question

8．隨著人們生活水平的不斷提高，各種小汽車已經(jīng)走進我們的家庭．小汽車的一些設計和使用過程中的許多現(xiàn)象與物理知識有關，請你用學過的物理知識解答下面的問題：
（1）普通的小汽車用的是汽油機，圖甲所示的是做功沖程，為了不讓汽油機在工作時溫度升得太高，在設計制造時，汽缸外有一個水套，讓汽缸被水包圍著，這是通過熱傳遞的方式減少汽缸內能，用水來冷卻汽缸是因為水的比熱容較大．
（2）小明同學閱讀了汽車發(fā)動機的說明書后，將內燃機的能量流向制成如圖乙所示的圖表，請根據(jù)給出的信息，計算完全燃燒0.2kg的汽油能夠獲得9.2×10⁶J的能量，這些能量能產(chǎn)生2.76×10⁶J的有用功．（汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg）
（3）汽車行駛時發(fā)動機產(chǎn)生的牽引力為F，則燃燒m質量的汽油，能使汽車前進的距離s=$\frac{ηqm}{F}$（用前面給出物理量的符號表示距離，汽油的熱值在本小題中用q表示，效率用η表示）

Answer 1

分析 （1）內燃機的一個工作循環(huán)有四個沖程，即吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程；壓縮沖程即進氣門和排氣門都關閉，活塞由下向上運動，壓縮空氣做功，使氣缸內氣體內能增加溫度升高；對于做功沖程，即氣缸內的混合物被引燃，導致氣缸內產(chǎn)生高溫高壓燃氣，這些燃氣推動活塞做功，使活塞由上向下運動；改變內能有兩種方式：即做功和熱傳遞；在自然界中水的比熱容最大，這也是我們選用水作為作取暖或冷卻物體的物質的根本原因；
（2）根據(jù)熱值和汽油的質量，用公式Q=qm求出汽油完全燃燒放出的熱量；由能流圖得出轉化為有用功的能量占總能量的比值，得出內燃機的效率；根據(jù)W=Q_放×30%求出有用功；
（3）汽車行駛時做的有用功可以利用W=Fs來表示，汽車消耗的總能量Q可以用：Q=mq表示，利用內燃機的效率將兩者聯(lián)系起來，從而可以表示出汽車前進的距離．

解答 解：
（1）由圖可知，汽油機的進氣門和排氣門都關閉，火花塞點火，活塞向下運動，所以此沖程為做功沖程；
為了避免汽油機在工作時溫度升得太高，在設計制造時，汽缸外有一個水套，讓汽缸被水包圍著，即通過水吸收熱量而使得氣缸溫度降低，這是通過熱傳遞的方式改變內能的；
選擇用水作為冷卻劑，是因為水的比熱容大，即相同質量的水和其他的液體相比較時，在升高相同溫度時，水能吸收的熱量多，故用水冷卻效果好；
（2）汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg，完全燃燒0.2kg的汽油產(chǎn)生的熱量：
Q_放=mq=0.2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁶J；
由圖可知，做有用功的能量占：100%-33%-30%-7%=30%，
即內燃機的效率為η=30%；
因此產(chǎn)生的有用功：W=Q_放×30%=9.2×10⁶J×30%=2.76×10⁶J；
（3）設汽車通過的距離為s．
則完全燃燒質量為m的汽油產(chǎn)生的總能量：Q=mq，
有效利用的能量：Q_有=Qη=ηmq-----①，
有效利用的能量對汽車做功，即W=Q_有 -----②，
牽引力對汽車做的功W=Fs-----③，
聯(lián)立①②③式解得：s=$\frac{ηqm}{F}$．
故答案為：（1）做功；熱傳遞；比熱容；（2）9.2×10⁶； 2.76×10⁶；（3）$\frac{ηqm}{F}$．

點評 本題以汽車為背景中，考查了多個物理知識點，包括能量的轉化、效率的公式、功率的公式等，綜合性很強，有一定的難度，值得我們關注．