Question

6．小华家新买了一辆汽车，下表是汽车的铭牌，其中耗油量指汽车正常行驶100km消耗汽油的体积；图甲是该车自动测定汽车油箱内油面高度的装置原理图，为测试汽车性能，小华驾驶汽车性能，小华驾驶汽车以30kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，通过专用仪器测量得到汽车速度v与时间t的关系如图乙所示，已知汽油的密度为0.7×10³kg/m³，热值为4.6×10³J/kg．

型号	××
整车质量/kg	1200
油箱容积/L	60
汽油量/L（100km）-3	10

（1）汽车上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的比热容，较大的性质．
（2）汽油机工作时，将内能转化为机械能的是做功冲程，若单缸四冲程汽油机飞轮的转速是3600r/min，则汽油机1s内对外做功30次．
（3）图乙中的油量表实质是电流表改装而成的，电路中定值电阻为R0的作用是保护电路，在加油使，油量表的示数变大（变大/不变/变小）．若用电压表改装成油量表，要求加油时示数变大，则电压表改装的油量表应与定值电阻R0（定值电阻R0/滑动变阻器）并联．
（4）在测试汽车性能时，在0～10s时间内，汽车发动机做功3×10⁵J，汽车运动过程中受到的阻力是1000N．
（5）小华驾驶该车以25m/s的速度匀速行驶100km，若汽车发动机的输出功率恒为20kW，则汽油完全燃烧放出的热量为3.22×10⁸J，该汽车能量利用效率大约是37.3%．

Answer 1

分析 （1）水具有较大的比热容是它常被用做冷却剂的原因．
（2）汽油机四冲程中的能量转化情况，吸气和排气冲程不发生能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能；
在四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次．
（3）如图，该装置涉及到浮力、杠杆、滑动变阻器、电流表等相关知识，油面上升通过浮子和杠杆使滑动变阻器连入的电阻变小，电路中的电流变大；油面下降通过浮子和杠杆使滑动变阻器连入的电阻变大，电路中的电流变小；据此分析；
如果没有定值电阻的话，则当油箱中的油越来越多的时候，滑动变阻器的阻值就会越来越小，此时电路中的电流就会越来越大，可能会烧坏油量表；
若用电压表改装成油量表，要求加油时示数变大，根据定值电阻R₀和滑动变阻器两端的电压变化分析判断．
（4）知道轿车以90kW的恒定功率做直线运动，利用W=Pt求轿车发动机做功，再利用P=Fv求汽车牵引力，而汽车匀速行驶、受平衡力，根据二力平衡条件求汽车受到的阻力；
（5）利用m=ρV求出汽油的质量，利用燃料完全燃烧放热公式Q_放=qm求汽油完全燃烧放出的热量；根据求出汽车所做的功，利用η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$求出效率．

解答 解：
（1）汽车散热器用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大的性质．
（2）汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程．做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动，将内能转化为机械能；
已知冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min=60r/s，即每秒钟转60圈，完成30个工作循环，即对外做功30次．
（3）油量表串联在电路中，实际是一电流表；在加油时，浮子位置升高，在杠杆作用下，滑动变阻器连入电路的阻值变小，使电路中的电流变大，电流表示数变大，油量表示数变大；R′的作用是可以防止电路中的电流过大而烧坏仪表，保护电路．
若用电压表改装成油量表，要求加油时示数变大，根据U=IR可知：电流变大时，定值电阻R₀两端的电压变大，则电压表改装的油量表应与定值电阻R₀并联．
（4）轿车的功率P=30kW=3×10⁴W，
在0～10s时间内，汽车发动机做功：W=Pt=3×10⁴W×10s=3×10⁵J；
由图示知轿车匀速运动时的速度是v=30m/s；
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv得，轿车运动过程中受到的阻力：
f=F=$\frac{P}{v}$=$\frac{3×{10}^{4}W}{30m/s}$=1000N；
（5）消耗的汽油m=ρ_汽油V=0.7×10³kg/m³×10×10^-3m³=7kg，
Q_放=qm=4.6×10⁷J/kg×7kg=3.22×10⁸J，
由P=$\frac{W}{t}$、v=$\frac{s}{t}$得：
W′=P′t=P′×$\frac{s}{v}$=30×10³W×$\frac{100×{10}^{3}m}{25m/s}$=1.2×10⁸J；
η=$\frac{W′}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.2×{10}^{8}J}{3.22×{10}^{8}J}$×100%≈37.3%．
故答案为：（1）比热容；
（2）做功；30；
（3）保护电路；变大；
（4）3×10⁵；1000；
（5）3.22×10⁸；37.3%．

点评 本题通过家用轿车为载体，考查了学生对汽油机四冲程、水的比热容大、吸热公式、速度公式、二力平衡条件的掌握和应用，知识点多、综合性强，属于难题，要求灵活运用所学知识！