Question

近幾年環(huán)保低碳風(fēng)勁吹，混合動力汽車已成為車展上的“�？汀保�混合動力汽車啟動時，內(nèi)燃機(jī)并不工作，動力電池通過驅(qū)動電機(jī)向車輪輸送能量；當(dāng)高速行駛或動力電池儲存電能過低時，內(nèi)燃機(jī)啟動，既可以向車輪輸送能量，也可以同時給動力電池充電．圖1為某款汽車直列四缸發(fā)動機(jī)的工作原理，內(nèi)燃機(jī)通過連桿把汽車四個氣缸的活塞連在一根曲軸上，并使個氣缸的做功過程錯開，在飛輪轉(zhuǎn)動的每半周里，都有一個氣缸在做功，其他三個氣缸分別在做吸氣，壓縮和排氣工作，圖2所示，汽油機(jī)的活塞面積為Sm²，活塞沖程長度為Lm，飛輪的傳遞為n t/min．
　 為這輛直列四缸發(fā)動機(jī)混合動力汽車在平直公路上以較高的速度vkm/h勻速行駛t min．時間后，其內(nèi)燃機(jī)消耗m kg，假設(shè)汽油完全燃燒所釋放能量的50%轉(zhuǎn)化為牽引力做功和給動力電池充電．其中動力電池儲存的電能增加了W J．（汽油的熱值為qJ/kg）試求：
（1）牽引力做功多少焦耳？牽引力的功率是多少瓦？
（2）汽車受到的阻力是多少牛？
（3）若發(fā)動機(jī)的輸出功率為PW，在四缸發(fā)動機(jī)一個做功沖程里，燃?xì)鈱�活塞壓�?qiáng)可以看作恒壓，則做功沖程燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)p為多少帕？（忽略活塞與氣缸間的摩擦）

Answer 1

解：（1）①汽油完全燃燒放出的熱量：
Q_放=qm=q J/kg×m kg=qm J；
汽車牽引力做的功：
W=Q_放-W_電=×qm J-W J=（qm-W）J；
②牽引力的功率：
P===W；
（2）汽車行駛的路程為：
S=vt=v km/h×h=km=m；
汽車收到的阻力為：
F_阻===N=N；
（3）①發(fā)動機(jī)在1s內(nèi)做功：
W₁=PW×1s=PJ；
②因為有四個缸同時工作，故每個缸1s內(nèi)做功：
W₂==J，
又∵轉(zhuǎn)速為nr/min，四沖程內(nèi)燃機(jī)每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周、做功一次，
∴1s內(nèi)做功次，
每個做功沖程做功：
W_做功=×J=J；
③∵W_做功=pV，V=SL=S m²×Lm=SLm³，
∴燃?xì)鈱�活塞的壓�?qiáng)：
p===Pa．
答：（1）牽引力做功（qm-W）J；牽引力的功率是W；
（2）汽車受到的阻力是N；
（3）做功沖程燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)p為Pa．
分析：（1）①根據(jù)燃料燃燒放出熱量公式Q=mq可計算汽油完全燃燒所釋放能量；牽引力做功等于汽油完全燃燒所釋放能量的一半減去動力電池儲存的電能；
②根據(jù)功率公式P=可計算牽引力的功率；
（2）已知速度和時間，可計算出行駛的路程，再根據(jù)公式W=FS，可求汽車受到的阻力F_阻；
（3）①知道發(fā)動機(jī)的輸出功率，利用功率公式P=計算發(fā)動機(jī)在1s內(nèi)做功；
②已求出發(fā)動機(jī)1s內(nèi)做功多少，因為有四個缸同時工作，所以可以求出每個缸1s內(nèi)做功多少，又知道轉(zhuǎn)速（每分鐘曲軸或飛輪所轉(zhuǎn)的周數(shù)）為nr/min，而四沖程內(nèi)燃機(jī)每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周、做功一次，可知1min內(nèi)做功次，得出1s內(nèi)做功次，可以求每個做功沖程里發(fā)動機(jī)做功多少；
③已知汽油機(jī)的活塞面積為S m²，活塞沖程長度為Lm，可計算出體積；在做功沖程里，燃?xì)鈱�活塞所做的功可表示為W=pV，據(jù)此計算出壓強(qiáng)．
點(diǎn)評：本題考查學(xué)生對燃料燃燒放出熱量公式，功率公式，做功公式、壓強(qiáng)公式的理解和靈活運(yùn)用，關(guān)鍵是要搞清每個字母代表的含義，注意在計算過程中單位要統(tǒng)一．
（注：在計算過程中進(jìn)行了單位換算，采用的都是國際單位制．）