Question

2．汽车是我们十分熟悉的交通工具，也包含丰富的物理知识：
（1）汽车发动机的冷却剂用到了水，水箱中5L水温度升高20℃吸收的热量是4.2×10⁵J．水升温会吸收大量的热，起到冷却效果，这是用热传递方法改变了物体的内能．
（2）汽车驶过，我们闻到汽油味儿，这是扩散现象，说明分子在不停的做无规则运动．若汽油热值4.0×10⁷J/kg，现有汽油2kg，选其中一半完全燃烧，放热4.0×10⁷J，剩余汽油的热值是4.0×10⁷J/kg．
（3）汽油机汽缸顶部的点火装置叫火花塞，工作时，压缩冲程将机械能转化为内能，这是用做功方法改变物体的内能．
（4）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速1200r/min，汽油机每秒钟内完成40个冲程．

Answer 1

分析 （1）根据水的体积求出水的质量；知道水的比热容、水的质量和温度的升高值，利用吸热公式求解；
改变内能的方法：一是做功，对物体做功（克服摩擦做功、压缩气体做功），物体内能会增加；物体对外做功，物体内能会减少；二是热传递．
（2）物质由分子组成的，分子在不停地做无规则运动；
知道汽油的质量和热值，可利用公式Q=mq计算燃料完全燃烧放出的热量，燃料的热值是燃料的属性，不会随着质量的改变而改变．
（3）内燃机的一个工作循环包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程．其中压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程中，燃料燃烧将内能转化为机械能．
（4）解决此题要知道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．

解答 解：
（1）水箱中水的质量m=ρ_水V=5×10^-3m³×10³kg/m³=5kg；
水吸收的热量：Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）×5kg×20℃=4.2×10⁵J；
汽车发动机的冷却水从发动机吸收热量，使发动机的温度降低，是通过热传递改变内能的；
（2）汽车驶过，我们闻到汽油味儿，是因为汽油分子在不停运动，汽油分子运动到空气中，进入人们的鼻孔，使人感觉到了汽油味，说明了分子在不停地做无规则运动；
燃烧汽油的质量为：m=$\frac{1}{2}$×2kg=1kg，而q=4.0×10⁷J/kg，
1kg汽油完全燃烧放出的热量为：Q=mq=1kg×4.0×10⁷J/kg=4.0×10⁷J；
因为燃料的热值是燃料的属性，不会随着质量的改变而改变，所以汽油质量变少后，剩余汽油的热值不变，仍为4.0×10⁷J/kg．
（3）在汽油机工作时，靠火花塞点火来引燃燃料，实现化学能向内能，再向机械能的转化；其中在压缩冲程中，活塞压缩汽油与空气形成的燃料混合物，活塞对气体做功，将机械能转化为气体的内能，这是用做功方法改变物体的内能．
（4）飞轮转速是1200r/min=20r/s，因一个工作循环转2圈，完成4个冲程，做功一次；所以每秒完成10个工作循环，完成40个冲程，做功10次．
故答案为：（1）4.2×10⁵；热传递；（2）扩散；无规则；4.0×10⁷；4.0×10⁷；（3）火花塞；压缩；做功；（4）40．

点评 （1）本题主要考查了改变物体内能的方法、质量和热量的计算；
（2）本题主要考查了分子是运动的观点，热量计算公式的理解和应用，以及燃料的热值是燃料的特性，与质量的多少无关；
（3）此题考查了汽油机工作过程中的能量转换及点火方式．注意区分做功冲程与压缩冲程中能量转化的不同，以及汽油机和柴油机点火方式的不同．
（4）解决此题要结合内燃机的四个冲程工作特点进行分析解答．