Question

16．某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm²，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×10⁵Pa，汽油的热值是4.6×10⁷J/kg，每次做功消耗0.2g，飞轮的转速是1200r/min．
（1）该汽油发动机的功率是多少？
（2）若每次做功冲程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是多少？
（3）该汽油发动机的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）知道气体的平均压强和气缸的活塞面积，根据F=pS求出燃气对活塞的平均压力，再根据W=Fs求出气体一次膨胀对活塞做的功，根据曲轴每转两圈对外做功一次求出做一次功的时间，根据P=$\frac{W}{t}$求出该汽油机的输出功率；
（2）知道每次做功耗油量，根据题意求出每次做功过程中完全燃烧的汽油，利用Q_放=mq求出每次汽油燃烧放出的热量；
（3）根据η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%求出该汽油发动机的效率．

解答 解：（1）由p=$\frac{F}{S}$可得，燃气对活塞的平均压力：
F=pS=5×10⁵Pa×120×10^-4m²=6×10³N，
气体一次膨胀对活塞做的功：
W=Fs=6×10³N×0.3m=1.8×10³J，
因曲轴每转两圈对外做功一次，
所以，飞轮的转速是1200r/min=20r/s，即1秒钟转动20周，要做功10次，做功一次的时间为$\frac{1}{10}$s；
则该汽油发动机的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{1.8×1{0}^{3}J}{\frac{1}{10}s}$=1.8×10⁴W；
（2）每次汽油燃烧放出的热量：
Q_放=m×90%×q=0.2×10^-3kg×90%×4.6×10⁷J/kg=8.28×l0³J；
（3）该汽油发动机的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.8×1{0}^{3}J}{8.28×1{0}^{3}J}$×100%≈21.7%．
答：（1）该汽油发动机的功率是1.8×10⁴W；
（2）每次汽油燃烧放出的热量是8.28×l0³J；
（3）该汽油发动机的效率是21.7%．

点评 本题综合考查了压强的计算、功的计算、热值、效率的计算，涉及到内能的改变、热值的理解、汽油机的工作过程，知识点多，属于难题．