Question

 (2008年全國初中應(yīng)用物理知識競賽復(fù)賽題）曉欣同學(xué)看到一些小汽車的尾部都標(biāo)有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字樣，他上網(wǎng)查詢得知這是汽車發(fā)動機(jī)“排氣量”的數(shù)值。所謂排氣量就是發(fā)動機(jī)氣缸的工作容積，是指所有氣缸內(nèi)活塞從下止點(diǎn)到達(dá)上止點(diǎn)所掃過的容積之和。一般情況下發(fā)動機(jī)的“排氣量”越大，功率越大。汽車發(fā)動機(jī)每一個工作循環(huán)要經(jīng)歷四個沖程，帶動曲軸轉(zhuǎn)動2周。現(xiàn)有一輛小轎車發(fā)動機(jī)排氣量為1.8L，最大功率為74kW，當(dāng)該發(fā)動機(jī)以最大功率工作時，曲軸的轉(zhuǎn)速為5200r/min。汽油機(jī)工作時的最佳空燃比（即空氣和燃油的質(zhì)量比）為14:1，壓縮比是10（即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值），若發(fā)動機(jī)在最大功率時汽油和空氣的混合密度為1.35kg/m³,汽油的熱值為4.6×10⁷J/kg、密度為0.71×10³kg/m³。請計算：

（1）.這臺發(fā)動機(jī)在最大功率時的熱機(jī)效率。

（2）.發(fā)動機(jī)在最大功率時，汽車的最高時速為175km/h，計算在此情況下汽車每百公里油耗為多少升。

Answer 1

【解析】（1）．這臺發(fā)動機(jī)在最大功率時1min內(nèi)發(fā)動機(jī)做的有用功

 W_有=74×10³W×60s=4.44×10⁶J.。

在1min內(nèi)轉(zhuǎn)動5200r，吸入汽油和空氣的混合氣2600次。
1min內(nèi)發(fā)動機(jī)消耗汽油的質(zhì)量為：m= ρV =1.35kg/m³×1.8×10^-3 m³×2600 =0.47 kg。

1min內(nèi)汽油完全燃燒放出的熱量W_總=0.47kg×4.6×10⁷J/ kg=2.16×10⁷J。
這臺發(fā)動機(jī)在最大功率時的熱機(jī)效率η=W_有/W_總×100%=21%
（2）．汽車以最高時速175km/h前進(jìn)100km所用時間：t=s/v=100km/175km/h =34.3min。
汽車每行使100km的耗油質(zhì)量為：m’= 0.47 kg/min×34.3min=16.1kg 。
汽車每行使100km的耗油體積為 V’= m’/ρ=16.1kg/0.71kg/L=22.7L 。

【點(diǎn)評】此題以汽車發(fā)動機(jī)“排氣量”切入，意在考查功和功率、熱機(jī)、機(jī)械效率及其相關(guān)計算和綜合運(yùn)用知識的能力。