Question

1．小洁家假期全家开车去某地旅游，下车时观察里程表去确定汽车行驶225km，所用时间是2.5h，消耗汽油20L（假设汽油完全燃烧），汽车发动机在这段时间内的功率为20kW，求：
（1）汽油发动机在做功冲程把内能转化为机械能；
（2）汽车行驶过程的牵引力是多大？
（3）汽车发动机的效率是多少？（已知汽油的密度为0.8×10³kg/m³，汽油的热值为4.5×10⁷J/kg，g取10N/kg）

Answer 1

分析 （1）汽油机利用内能来做功的冲程是做功冲程，它是将内能转化为机械能的；
（2）已知行驶的路程和所用的时间，根据速度公式可求行驶的速度；已知功率和速度，根据公式P=Fv可求牵引力的大小；
（3）根据公式W=Pt可求汽车行驶过程所做的功，根据密度公式求出燃油的质量，再根据Q=mq求出燃油完全燃烧放出热量，二者之比就等于汽车发动机的效率．

解答 解：（1）汽油机的做功冲程将内能转化为机械能；
（2）汽车的行驶速度：
v=$\frac{s}{t}$=$\frac{225km}{2.5h}$=90km/h=90×$\frac{1}{3.6}$m/s=25m/s，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，汽车行驶过程的牵引力；
F=$\frac{P}{v}$=$\frac{2.0×1{0}^{4}W}{25m/s}$=800N；
（2）根据P=$\frac{W}{t}$得，汽车行驶过程牵引力所做的功：
W=Pt=20×10³W×2.5×3600s=1.8×10⁸J，
根据ρ=$\frac{m}{V}$可得消耗燃油的质量：
m=ρV=0.8×10³kg/m³×20×10^-3m³=16kg，
燃油完全燃烧放出热量：
Q_放=mq=4.5×10⁷J/kg×16kg=7.2×10⁸ J，
汽车发动机的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.8×1{0}^{8}J}{7.2×1{0}^{8}J}$×100%=25%．
答：（1）内；机械；
（2）汽车行驶过程的牵引力是800N；
（3）汽车发动机的效率是25%．

点评 本题是一道综合计算题，考查的知识点较多，有速度公式、功的计算公式、功率的计算公式、机械效率的计算公式以及有关热值的计算等．解题时要注意各知识点的综合应用．