Question

12．随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭．小林的爸爸最近也购买了一辆轿车．下表中列出该轿车的一些性能参数．

单车质量/kg	1600	发动机排量/L	2.0
燃料	92#汽油	水箱容量/L	5.0

（1）当该轿车汽油机的转速为3600r/min时，则在1s内汽油机对外做功的次数是30次，压缩冲程中将机械能转化为内能．
（2）“轿车不但要吃油，有时也要喝水”，用水冷却发动机是因为水的比热容大，在发动机开始工作后一段时间内，水箱中水的内能会增加（填“增加”或“减少”），这是通过热传递方式来改变内能的．
（3）轿车在上坡时，将档位换成低速档，以减小行驶的速度，这样做的目的是D
A．安全    B．省油    C．减小摩擦    D．增大爬坡的牵引力
（4）小林通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：

速度/（km•h-1）	40	60	80	100	120
制动距离/m	8	18		50	72

根据表中数据所反映的规律，当轿车速度为80km/h时对应的制动距离是32m．
（5）小林通过上网查到了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示．小林又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况好，平均车速为100km/h，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km，参考图中的数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，每小时对外所做的有用功为1.08×10⁸J，发动机的效率约为32.6%．（已知汽油的热值为4.6×10⁷J/kg，密度为0.8×10³kg/m³）

Answer 1

分析 （1）在四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次；在内燃机的做功冲程中能量转化是内能转化为机械能、压缩冲程中能量转化是机械能转化为内能；
（2）与其它液体相比，水的比热容最大，在质量和升高的温度相同时，水吸收的热量最多；改变物体内能有两个方法：做功和热传递，其中做功改变内能本质是机械能与内能的转化，热传递改变内能本质是内能的转移；
（3）对于汽车来说，其最大功率是一定的，由P=Fv可知，只有减小速度，才能得到更大的牵引力，更有利于上坡；
（4）由对表格中速度和制动距离的关系的分析我们可以得出制动距离应与速度的平方成正比，则可得速度为80km/h时的制动距离；
（5）由图读出发动机转速为2000r/min时的输出功率，根据W=Pt求出每小时对外所做的有用功，根据Q=mq=ρVq求出汽油完全燃烧释放的热量，根据η=$\frac{W}{Q}$×100%求出发动机的效率．

解答 解：（1）飞轮转速是3600r/min=60r/s，因一个工作循环飞轮转2圈，做功一次，所以每秒可以做功30次；
在压缩冲程中，是机械能转化为内能；
（2）汽车发动机工作过程中，不可避免地产生很多热量，在质量和升高的温度相同时，水的比热最大，吸收的热量最多，冷却效果最好；
发动机工作过程中会产生热量，热量传递到水，使水的内能增加．这是通过热传递的方式改变内能的；
（3）由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv的变形式F=$\frac{P}{v}$可知，汽车的最大功率一定时，减小行驶速度时，可以获得更大的牵引力；
（4）通过对1、2、4、5的分析可知速度越大制动距离越大，即制动距离一定与速度有关，但明显不是正比关系，
故可以想到可能与速度的平方成正比，通过计算可知制动距离的确与速度的平方成正比：
则由$\frac{（40km/h）^{2}}{28m}$=$\frac{（80km/h）^{2}}{s}$解得：80km/h的制动距离为32m；
（5）由发动机输出特性曲线可知：发动机转速为2000r/min时，其输出功率约为30kW，
每小时对外所做的有用功：
W=Pt=30×10³W×3600s=1.08×10⁸J；
行驶100km消耗的汽油是9L=9dm³=9×10^-3m³，则完全燃烧释放的热量：
Q=mq=ρVq=0.8×10³kg/m³×9×10^-3m³×4.6×10⁷J/kg=3.312×10⁸J，
发动机的效率：
η=$\frac{W}{Q}$×100%=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.312×1{0}^{8}J}$×100%≈32.6%．
故答案为：
（1）30；机械；内；
（2）比热容；增加；热传递；
（3）D；
（4）32；
（5）1.08×10⁸；32.6%．

点评 本题通过家用轿车为载体，考查了学生对有关热机的计算和能量的转化、水的比热容较大的特点、改变内能的方法、功率公式的应用、总功工作、效率公式的应用等，知识点多、综合性强，属于难题，要求灵活运用所学知识！