Question

6．小王家购买了一辆小汽车，小王发现汽车的设计与使用都用到了物理知识．
（1）汽车发动机是汽油机，图甲所示为压缩冲程；若其飞轮的转速是3600r/min，则汽油机每秒完成该冲程30次．
（2）若小汽车以恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力为3000N且保持不变，运动速度v与时间t的关系如图乙所示，则该汽车发动机的功率为6×10⁴W，若汽车在0～15s内通过的路程为150m，则牵引力所做的功为9×10⁵J．

Answer 1

分析 （1）汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、做功、压缩和排气，其中只有做功冲程对外做功，在做功冲程中，燃料的化学能转化为内能，而内能又转化为机械能，带动飞轮转动做功；汽油机的做功冲程特点是火花塞点火，在做功冲程对外输出功，是将内能转化为机械能；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；
（2）由图中运动的速度与时间的关系可知轿车在15s后做匀速直线运动，所受力是一对平衡力，进一步可知牵引力与受到的阻力关系，根据P=Fv计算出该汽车的功率；根据W=Pt求出轿车发动机做的功．

解答 解：（1）由图可知，活塞向上运动，两个气门都关闭，为压缩冲程；飞轮的转速是3600r/min，所以每秒转动的圈数为n=$\frac{1}{60}$×3600=60，因为飞轮转动一圈完成两个冲程，所以1s可以完成2×60=120个冲程；因为完成四个冲程，对外做功一次，所以1s可以做功$\frac{1}{4}$×120=30次；
（2）由图象可知，在15s后汽车做匀速直线运动，速度大小为20m/s；汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，即牵引力F=f=3000N，则汽车发动机的功率为：
P=Fv=3000N×20m/s=6×10⁴W；
汽车在前15s内牵引力所做的功为：W=Pt=6×10⁴W×15s=9×10⁵J．
故答案为：压缩；30；6×10⁴；9×10⁵．

点评 本题考查了学生对内燃机四个冲程工作特点和功、功率公式的掌握和应用．解决此题要结合内燃机的四个冲程工作特点，记住相关的数据大小，会根据转速进行相关计算．