Question

1．某汽车的四冲程的汽油机的最大功率是60KW，以最大功率工作时飞轮转速为2400r/min，活塞从气缸一端运动到另一端所扫过的容器为气缸排气量，汽油机工作时，为保证汽油有效燃烧，汽油必须与吸进空气成适当比例，这就是空燃比（可燃混合气体中空气质量与燃油质量之比），如图为该汽车汽油机的示意图，该气缸的排气量为1.8L，燃烧室（活塞移至最上方时的上方空间）容积为0.2L，空燃比14：1，可燃混合气体的密度为1.35kg/m³．
（1）汽油是由石油提炼出来的，石油属于不可再生（选填“新”、“清洁”、“可再生”、“不可再生”）能源．
（2）汽车制动过程中，其动能转化为地面、轮胎、空气的内能，这些内能无法自动地转化为机械能再用来驱动汽车，这说明能量的转化具有方向性．
（3）该汽油机以最大功率工作时，每秒钟做功20次，其中，做功冲程汽油机对汽车提供动力．
（4）当这辆汽车以最大功率在平直公路上以108km/h的速度匀速行驶，则汽车所受的阻力是2×10³N，此时，该汽车的汽油机每秒钟燃烧汽油的质量是3.6g．

Answer 1

分析 （1）能够短时间从自然界得到补充的是可再生能源，短时间得不到补充的是不可再生能源；
（2）能量转化和转移是有方向性的，并且能量在转化或转移的过程中总量保持不变；
（3）四冲程汽油机的四个冲程为一个工作循环，一个工作循环中只有做功冲程对外做功，活塞往复两次，曲轴转动两周．先根据汽油机的转速求出1s内汽油机曲轴的转动圈数，然后求出1s内汽油机对外做功的次数；在压缩冲程末、做功冲程初，火花塞冒出电火花，将混合气体点燃，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功；
（4）当汽车匀速行驶时，有P=Fv=F_阻v，根据输出功率求出阻力的大小；轮轴转动两周，完成一个工作循环，吸气一次，根据m=ρV计算出燃料混合物的质量，根据空燃比计算出汽油的质量．

解答 解：（1）石油、化石能源、核能等不能够短时间得到补充，属于不可再生能源；
（2）散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动骑车，这是因为能量的转移和转化具有方向性；
（3）汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于40．一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动40次，对外做功20次；
做功冲程产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功，做功冲程汽油机对汽车提供动力；
（4）汽车以ν₁=108km/h=30m/s匀速行驶时，汽车受到的阻力等于牵引力，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；
一个工作循环吸入混合物的体积：
由题意知：1.8L=（1-$\frac{0.2}{1.8}$）V，则V=1.8L×$\frac{9}{8}$=2.025L=2.025×10^-3m³；
一个工作循环吸入混合物的质量：
m_混=ρ_混V=1.35kg/m³×2.025×10^-3m³=2.7×10^-3kg
一个工作循环吸入汽油的质量
m_油=$\frac{1}{1+14}$m_混=$\frac{1}{15}$×2.7×10^-3kg=0.18×10^-3kg；
1s对外做功20次，汽车的汽油机每秒钟燃烧汽油的质量是：0.18×10^-3kg×20=3.6×10^-3kg=3.6g．
故答案为：（1）不可再生；（2）方向；（2）20；做功；
（3）2×10³；3.6，

点评 本题考查使用热机有用功的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，难点是明白内燃机一个工作循环，经历四个冲程，燃气对外做功一次，活塞往返两次，曲轴转动两周．