Question

20．汽车已进入百姓家庭，汽车发动机性能的好坏倍受人们关注．在汽车发动机的设计过程中，既要考虑能量的有效利用，又要考虑发动机的冷却问题．[汽油热值为4.6×10⁷J/kg，汽油密度为0.7×10³kg/m³，水的比热容为4.2×10³J/（kg•℃）]
（1）为了防止发动机过热，汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度.5kg水在冷却系统中温度升高50℃，所吸收的热量是多少？
（2）10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min，可以释放出多少能量（假设汽油完全燃烧）？若发动机输出的功率为6×10⁴ W，则此汽车发动机的效率是多少？（汽车发动机效率的计算结果精确到1%）

Answer 1

分析 （1）知道水的质量、水温度的升高值和水的比热容，利用吸热公式求水吸收的热量；
（2）知道汽油的体积，利用密度公式求汽油的质量，再利用燃料完全燃烧放热公式求汽油燃烧可以释放的能量（总能量）；
知道发动机的输出功率和工作时间，利用W=Pt可求有用功，再利用效率公式求发动机的效率．

解答 解：
（1）水温升高50℃吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³ J/（kg•℃）×5kg×50℃=1.05×10⁶J；
（2）汽油的体积V=10L=0.01m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得汽油的质量：
m=ρV=0.7×10³kg/m³×0.01m³=7kg，
这些汽油完全燃烧放出的热量：
Q_放=mq=7kg×4.6×10⁷J/kg=3.22×10⁸J，
发动机工作时间t=30min=1800s，
发动机做的有用功：
W=Pt=6×10⁴W×1800s=1.08×10⁸J，
发动机的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.22×1{0}^{8}J}$×100%≈34%．
答：（1）5kg水在冷却系统中温度升高50℃，所吸收的热量是1.05×10⁶J；
（2）10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min，可以释放出3.22×10⁸J的能量；此汽车发动机的效率是34%．

点评 本题考查了学生对密度公式、吸热公式、功率公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用，知识点多、综合性强，要求灵活运用公式，属于难题！