Question

19．發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的核心部件，發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量決定了整車(chē)的性能和品質(zhì)．若某臺(tái)以93號(hào)汽油為燃料的汽車(chē)，其發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示．表中空燃比指汽缸內(nèi)空氣和燃油的質(zhì)量比．

1min內(nèi)完成的 工作循環(huán)數(shù)	2400個(gè)	汽缸內(nèi)汽油和空氣混合氣體的密度	1.3kg/m3
汽缸的工作容積	1.8L	汽油的熱值	4.6×107J/kg
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率	82.8kW	空燃比	12：1

（1）汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)包括四個(gè)沖程，一個(gè)汽缸正常工作四個(gè)沖程的順序乙甲丁丙（對(duì)甲、乙、丙、丁重新排序），其中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的沖程是圖丁．

（2）汽車(chē)以120km/h的速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率最大，此時(shí)汽車(chē)1min內(nèi)做的有用功是多少？
（3）汽車(chē)完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)，氣缸內(nèi)汽油和空氣混合氣體的質(zhì)量是2.34×10^-3kg，氣缸內(nèi)汽油的質(zhì)量是1.8×10^-4kg，燃料完全燃燒放出的熱量是多少？
（4）當(dāng)汽車(chē)以120km/h的速度勻速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是多大？

Answer 1

分析 （1）內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程：吸氣、壓縮、做功、排氣沖程，同時(shí)需要掌握內(nèi)燃機(jī)四沖程的特點(diǎn)；
（2）已知發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率，直接根據(jù)W=Pt即可求出汽車(chē)1min內(nèi)做的有用功；
（3）根據(jù)m=ρv算出燃?xì)獾馁|(zhì)量，然后根據(jù)空燃比算出汽油的質(zhì)量，再利用放熱公式Q=mq求出燃料完全燃燒放出的熱量；
（4）發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是有用功跟汽油燃燒釋放熱量的比值．

解答 解：（1）甲中的兩個(gè)氣閥都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，所以為壓縮沖程，是第二沖程；
乙中的一個(gè)氣閥打開(kāi)，活塞向下運(yùn)動(dòng)，所以為吸氣沖程，是第一沖程；
丙中的一個(gè)氣閥打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，所以為排氣沖程，是第四沖程；
丁中的兩個(gè)氣閥都關(guān)閉，活塞下運(yùn)動(dòng)，所以為做功沖程，是第三沖程；
故一個(gè)汽缸正常工作四個(gè)沖程的順序是：乙甲丁丙；
其中做功沖程（即圖丁）內(nèi)燃機(jī)給汽車(chē)提供動(dòng)力，此沖程中能量的轉(zhuǎn)化是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．
（2）發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率P=82.8kW=8.28×10⁴W，時(shí)間t=1min=60s，
由P=$\frac{W}{t}$得，汽車(chē)1min內(nèi)做的有用功
W_有=Pt=8.28×10⁴W×60s=4.968×10⁶J；
（3）汽缸內(nèi)汽油和空氣混合氣體的體積等于汽缸的工作容積，
即V=V_容=1.8L=1.8×10^-3m，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，汽油和空氣混合氣體的質(zhì)量：
m=ρV=1.3kg/m³×1.8×10^-3m³=2.34×10^-3kg，
因?yàn)榭杖急仁?3：1，
所以汽油的質(zhì)量：m_汽油=$\frac{1}{13}$m=$\frac{1}{13}$×2.34×10^-3kg=1.8×10^-4kg，
完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)，汽油燃燒釋放的熱量：
Q_放=m_汽油q
=1.8×10^-4kg×4.6×10⁷J/kg
=8.28×10³J．
（4）1min內(nèi)完成的工作循環(huán)數(shù)是2400個(gè)，
則1min內(nèi)汽油燃燒釋放的熱量：
Q_放′=2400Q_放=2400×8.28×10³J=1.9872×10⁷J；
發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{Q}_{放}^{′}}$×100%
=$\frac{4.968×1{0}^{6}J}{1.9872×1{0}^{7}J}$×100%
=25%．
答：（1）乙甲丁丙；丁；
（2）汽車(chē)1min內(nèi)做的有用功是4.968×10⁵J；
（3）2.34×10^-3；1.8×10^-4kg；燃料完全燃燒放出的熱量是8.28×10³J；
（4）發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是25%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程，功率、效率的計(jì)算，考查面比較廣，關(guān)鍵是公式及其變形的應(yīng)用，最容易出錯(cuò)的是物理量的單位和單位的換算．