随着人们生活水平的不断提高.各种小汽车已经走进我们的家庭．小汽车的一些设计和使用过程中的许多现象与物理知识有关.请你用学过的物理知识解答下面的问题:(1)普通的小汽车用的是汽油机.图甲所示的是做功冲程.为了不让汽油机在工作时温度升得太高.在设计制造时.汽缸外有一个水套.让汽缸被水包围着.这是通过热传递的方式减少汽缸内能.用水来冷却汽缸� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

2．随着人们生活水平的不断提高，各种小汽车已经走进我们的家庭．小汽车的一些设计和使用过程中的许多现象与物理知识有关，请你用学过的物理知识解答下面的问题：

（1）普通的小汽车用的是汽油机，图甲所示的是做功冲程，为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，这是通过热传递的方式减少汽缸内能，用水来冷却汽缸是因为水的比热容较大．
（2）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图乙所示的图表，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2kg的汽油能够获得9.2×10⁶J的能量，这些能量能产生2.76×10⁶ J的有用功．（汽油的热值为4.6×10⁷J/kg）
（3）汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s=$\frac{nqm}{F}$（用前面给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示，效率用η表示）
（4）为了安全，汽车采用四轮鼓式制动，有效地减少了制动距离．通过测量获得汽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），数据如下表所示：

实验次数	1	2	3	4
速度/（m?s^-1）	2	4	6	8
制动距离/m	0.50	2.00	4.50	8

请在图丙中描点作出s-v²图象，写出s和v的定量关系式s=$\frac{{v}^{2}}{8}$，当轿车速度为16m/s时对应的制动距离是32m．

分析（1）内燃机的一个工作循环有四个冲程，即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；压缩冲程即进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩空气做功，使气缸内气体内能增加温度升高；对于做功冲程，即气缸内的混合物被引燃，导致气缸内产生高温高压燃气，这些燃气推动活塞做功，使活塞由上向下运动；改变内能有两种方式：即做功和热传递；在自然界中水的比热容最大，这也是我们选用水作为作取暖或冷却物体的物质的根本原因；
（2）根据热值和汽油的质量，用公式Q=qm求出汽油完全燃烧放出的热量；由能流图得出转化为有用功的能量占总能量的比值，得出内燃机的效率；根据W=Q_放×30%求出有用功；
（3）根据得出的内燃机的效率，根据W=Fs=ηQ_放求运行距离；
（4）根据表中数据，先画点，再连线，通过读图再来确定当轿车速度为16m/s时对应的制动距离大约是多少．

解答解：
（1）内燃机的一个工作循环有四个冲程，即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在做功冲程中，活塞由上向下气缸内的高压高温物质，即对活塞做功，使得内能转化为机械能；
同时为了避免汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，让汽缸被水包围着，即通过水吸收热量而使得气缸温度降低，这是通过热传递的方式改变内能的；在这里我们之所以选择用水作为冷却剂，源于水的比热容最大，即相同质量的水和其他的液体相比较时，若都是升高1℃时，水能吸收的热量最多，故用水冷却效果最好；
（2）汽油的热值为4.6×10⁷J/kg，完全燃烧0.2kg的汽油产生的热量：
Q_放=mq=0.2kg×4.6×10⁷J/kg=9.2×10⁶J；
由图可知，有用功的能量：100%-33%-30%-7%=30%，
所以机械效率为η=30%；
因此产生的有用功：W=Q_放×30%=9.2×10⁶J×30%=2.76×10⁶J；
（3）由题知：汽车做功W=Fs=ηQ_放=ηmq，所以s=$\frac{nqm}{F}$；
（4）根据表中的数据，在坐标图中先画点，再描线，注意横坐标准速度的平方，纵坐标为距离．如图所示：

根据表中数据和图象反映的规律可知，s=$\frac{{v}^{2}}{8}$；当轿车速度为16m/s时对应的制动距离约是32m．
故答案为：（1）做功；热传递；比热容；（2）9.2×10⁶； 2.76×10⁶；（3）$\frac{nqm}{F}$；（4）$\frac{{v}^{2}}{8}$；32．