Question

16．某單缸汽油發動機氣缸的活塞面積是120cm²，做功沖程中活塞移動的距離是30cm，氣體的平均壓強是5×10⁵Pa，汽油的熱值是4.6×10⁷J/kg，每次做功消耗0.2g，飛輪的轉速是1200r/min．
（1）該汽油發動機的功率是多少？
（2）若每次做功沖程中汽油的90%完全燃燒，每次汽油燃燒放出的熱量是多少？
（3）該汽油發動機的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）知道氣體的平均壓強和氣缸的活塞面積，根據F=pS求出燃氣對活塞的平均壓力，再根據W=Fs求出氣體一次膨脹對活塞做的功，根據曲軸每轉兩圈對外做功一次求出做一次功的時間，根據P=$\frac{W}{t}$求出該汽油機的輸出功率；
（2）知道每次做功耗油量，根據題意求出每次做功過程中完全燃燒的汽油，利用Q_放=mq求出每次汽油燃燒放出的熱量；
（3）根據η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%求出該汽油發動機的效率．

解答 解：（1）由p=$\frac{F}{S}$可得，燃氣對活塞的平均壓力：
F=pS=5×10⁵Pa×120×10^-4m²=6×10³N，
氣體一次膨脹對活塞做的功：
W=Fs=6×10³N×0.3m=1.8×10³J，
因曲軸每轉兩圈對外做功一次，
所以，飛輪的轉速是1200r/min=20r/s，即1秒鐘轉動20周，要做功10次，做功一次的時間為$\frac{1}{10}$s；
則該汽油發動機的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{1.8×1{0}^{3}J}{\frac{1}{10}s}$=1.8×10⁴W；
（2）每次汽油燃燒放出的熱量：
Q_放=m×90%×q=0.2×10^-3kg×90%×4.6×10⁷J/kg=8.28×l0³J；
（3）該汽油發動機的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.8×1{0}^{3}J}{8.28×1{0}^{3}J}$×100%≈21.7%．
答：（1）該汽油發動機的功率是1.8×10⁴W；
（2）每次汽油燃燒放出的熱量是8.28×l0³J；
（3）該汽油發動機的效率是21.7%．

點評 本題綜合考查了壓強的計算、功的計算、熱值、效率的計算，涉及到內能的改變、熱值的理解、汽油機的工作過程，知識點多，屬于難題．