Question

1．某汽車的四沖程的汽油機的最大功率是60KW，以最大功率工作時飛輪轉(zhuǎn)速為2400r/min，活塞從氣缸一端運動到另一端所掃過的容器為氣缸排氣量，汽油機工作時，為保證汽油有效燃燒，汽油必須與吸進空氣成適當比例，這就是空燃比（可燃混合氣體中空氣質(zhì)量與燃油質(zhì)量之比），如圖為該汽車汽油機的示意圖，該氣缸的排氣量為1.8L，燃燒室（活塞移至最上方時的上方空間）容積為0.2L，空燃比14：1，可燃混合氣體的密度為1.35kg/m³．
（1）汽油是由石油提煉出來的，石油屬于不可再生（選填“新”、“清潔”、“可再生”、“不可再生”）能源．
（2）汽車制動過程中，其動能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎、空氣的內(nèi)能，這些內(nèi)能無法自動地轉(zhuǎn)化為機械能再用來驅(qū)動汽車，這說明能量的轉(zhuǎn)化具有方向性．
（3）該汽油機以最大功率工作時，每秒鐘做功20次，其中，做功沖程汽油機對汽車提供動力．
（4）當這輛汽車以最大功率在平直公路上以108km/h的速度勻速行駛，則汽車所受的阻力是2×10³N，此時，該汽車的汽油機每秒鐘燃燒汽油的質(zhì)量是3.6g．

Answer 1

分析 （1）能夠短時間從自然界得到補充的是可再生能源，短時間得不到補充的是不可再生能源；
（2）能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向性的，并且能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中總量保持不變；
（3）四沖程汽油機的四個沖程為一個工作循環(huán)，一個工作循環(huán)中只有做功沖程對外做功，活塞往復兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩周．先根據(jù)汽油機的轉(zhuǎn)速求出1s內(nèi)汽油機曲軸的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，然后求出1s內(nèi)汽油機對外做功的次數(shù)；在壓縮沖程末、做功沖程初，火花塞冒出電火花，將混合氣體點燃，混合氣體劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣，推動活塞向下運動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動，對外做功；
（4）當汽車勻速行駛時，有P=Fv=F_阻v，根據(jù)輸出功率求出阻力的大��；輪軸轉(zhuǎn)動兩周，完成一個工作循環(huán)，吸氣一次，根據(jù)m=ρV計算出燃料混合物的質(zhì)量，根據(jù)空燃比計算出汽油的質(zhì)量．

解答 解：（1）石油、化石能源、核能等不能夠短時間得到補充，屬于不可再生能源；
（2）散失到空氣中的內(nèi)能無法自動轉(zhuǎn)化為機械能再用來驅(qū)動騎車，這是因為能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性；
（3）汽油機的轉(zhuǎn)速為2400r/min，說明1s內(nèi)汽油機曲軸的轉(zhuǎn)動次數(shù)等于40．一個工作循環(huán)中，曲軸轉(zhuǎn)動兩周，對外做功一次，1s內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)動40次，對外做功20次；
做功沖程產(chǎn)生高溫高壓的燃氣，推動活塞向下運動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動，對外做功，做功沖程汽油機對汽車提供動力；
（4）汽車以ν₁=108km/h=30m/s勻速行駛時，汽車受到的阻力等于牽引力，有
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv=F_fv
F_f=$\frac{P}{v}$=$\frac{60×1{0}^{3}W}{30m/s}$=2×10³N；
一個工作循環(huán)吸入混合物的體積：
由題意知：1.8L=（1-$\frac{0.2}{1.8}$）V，則V=1.8L×$\frac{9}{8}$=2.025L=2.025×10^-3m³；
一個工作循環(huán)吸入混合物的質(zhì)量：
m_混=ρ_混V=1.35kg/m³×2.025×10^-3m³=2.7×10^-3kg
一個工作循環(huán)吸入汽油的質(zhì)量
m_油=$\frac{1}{1+14}$m_混=$\frac{1}{15}$×2.7×10^-3kg=0.18×10^-3kg；
1s對外做功20次，汽車的汽油機每秒鐘燃燒汽油的質(zhì)量是：0.18×10^-3kg×20=3.6×10^-3kg=3.6g．
故答案為：（1）不可再生；（2）方向；（2）20；做功；
（3）2×10³；3.6，

點評 本題考查使用熱機有用功的計算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運用，難點是明白內(nèi)燃機一個工作循環(huán)，經(jīng)歷四個沖程，燃氣對外做功一次，活塞往返兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩周．