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10.如图为四缸发动机工作原理:内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上,并使各汽缸的做功过程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个汽缸在做功,其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作.

(1)发动机在做功冲程里,高温、高压的燃气推动活塞向下运动,对外做功,同时将内能转化为机械能.
(2)有一台四缸发动机,其主要技术指标如下表所示.其中排量等于四个汽缸工作容积的总和,汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积,又称单缸排量,它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(既冲程长).转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数.
①该发动机在1s内做功1.2×105J,单缸排量V=0.5L.
②在每个做功冲程里,发动机做功W=600J.
(3)在做功冲程里,燃气对活塞所做的功可表示为W=pV,式中p表示燃气对活塞的压强,则p=1.2×106Pa(1L=10-3m3).
(4)如图为发动机在做功冲程中的示意图.下面给出了公式W=pV的证明,请将推过程补充完整(要求各表达式均用S、l或p表示):
设活塞的面积为S,冲程长为l,燃气对活塞的压强为p,则燃气对活塞的压力F=pS,燃气对活塞所做的功W=pSl,又根据数学知识可知发动机的单缸排量V=Sl,故W=pV.
排量2.0L
输出功率120kW
转速6000r/min

分析 (1)在内燃机的做功冲程中,是燃气的内能转化为活塞的机械能;
(2)发动机做的功W=Pt,将功率值代入即可求解;
四缸发动机的容量是2.0L,所以每个汽缸的容量是0.5L;
解决此题要知道发动机飞轮每转动两周里做功一次,所以结合表格数据可知,该发动机每分钟可以做功3000次;
(3)结合公式W=pV变形可得P=$\frac{W}{V}$,将功和单缸排量值代入即可得出答案;
(4)推导公式时需要结合压强公式、功的公式及几何知识进行分析解答.

解答 解:
(1)在做功冲程中,燃气内能对外做功,将内能转化为机械能;
(2)已知输出功率是120kW,所以每秒做功W=1.2×105W×1s=1.2×105J;
由表格信息可知,
①因为转速为6000r/min,四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次,
所以1s内做功50次,
因为四缸总排量为2.0L,
单缸排量:v=$\frac{1}{4}$×2.0L=0.5L,
所以发动机在1s内做功1.2×105J,
②因为发动机有四个缸同时工作,
所以每个缸1s内做功:
W=$\frac{1}{4}$×1.2×105J=3×104J,
因为1s内做功50次,
所以每个做功冲程做功:
W′=$\frac{1}{50}$×3×104J=600J.
(3)因为W′=pV,V=0.5L=0.5×10-3m3
所以燃气对活塞的压强:
p=$\frac{W′}{V}$=$\frac{600J}{0.5×1{0}^{-3}{m}^{3}}$=1.2×106Pa
(4)由压强公式p=$\frac{F}{S}$可知,F=PS,
活塞做功W=Fl=pSl,而V=Sl,
所以W=pV;
故答案为:(1)内;机械;(2)①1.2×105;0.5;②600;(3)1.2×106;(4)pS;psl;Sl.

点评 此类综合性的题目,要结合内燃机的四个冲程特点,压强公式及其做功公式,联系几何知识共同解答.

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