Question

20．中国自主研制歼20隐形战机如图所示，它的发动机是一种热机，效率高达60%，通过航空煤油在气室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力，高空中飞机获得1.8×10⁵N的水平推力，据测试飞机以600km/h的速度沿水平方向匀速航行最多可达10h，假设航空煤油完全燃烧．燃油的热值为4.6×10⁷J/kg，燃油的密度0.8×10³kg/m³，求：
（1）该战机的发动机工作原理为：将航空煤油燃烧放出的内能转为机械能．
（2）发动机所做的功；
（3）飞机的油箱至少储存多少L体积的航空煤油？

Answer 1

分析 （1）热机是将内能转化为机械能的机器；
（2）利用s=vt求飞机最多飞行的距离，再利用W=Fs求发动机所做的功；
（3）利用η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$求燃油完全燃烧放出的热量，而Q_放=mq，据此求出完全燃烧燃油的质量，再利用密度公式求燃油的体积．

解答 解：
（1）歼20隐形战机的发动机是一种热机，工作时将航空煤油燃烧放出的内能转化为机械能；
（2）由v=$\frac{s}{t}$得飞机最多飞行的距离：
s=vt=600km/h×10h=6000km=6×10⁶m，
发动机所做的功：
W=Fs=1.8×10⁵N×6×10⁶m=1.08×10¹²J；
（3）由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$燃油完全燃烧放出的热量：
Q_放=$\frac{W}{η}$=$\frac{1.08×1{0}^{12}J}{60%}$=1.8×10¹²J，
由Q_放=mq得完全燃烧燃油的质量：
m_油=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.8×1{0}^{12}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$≈3.9×10⁴kg，
由ρ=$\frac{m}{V}$得燃油的体积：
V=$\frac{{m}_{油}}{{ρ}_{油}}$=$\frac{3.9×1{0}^{4}kg}{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=48.75m³=4.875×10⁴dm³=4.875×10⁴L．
答：（1）内能；机械能；
（2）发动机所做的功为1.08×10¹²J；
（3）飞机的油箱至少储存4.875×10⁴L体积的航空煤油．

点评 本题为力学和热学的综合计算题，考查了学生对速度公式、密度公式、效率公式、燃料完全燃烧放热公式的应用，计算时注意单位换算：1m³=10³dm³，1dm³=1L．