Question

6．王力同學自己動手在家做實驗，如圖1所示取一個配有活塞的厚玻璃筒，筒內放一小團浸有少量乙醚的棉花．
（1）快速壓下活塞，觀察到浸有乙醚的棉花會著火燃燒，說明活塞對玻璃筒內空氣做功，可以使物體內能增大（選填“增大”或“減少”），棉花內能增加是通過熱傳遞實現的． 
 
（2）后來王力在家用如上圖2所示的熱水壺燒開水，觀察發現開水壺嘴上有一個能夠繞C點活動的金屬片，水沒有開的時候，金屬片將壺嘴蓋住，水燒開的時候，“熱氣”總是將壺嘴沖開，物體對外做功，物體內能將轉化為瓶蓋的機械能．
（3）王力同學聯想到課本介紹的汽油機，一個工作循環包含四個沖程，圖1壓縮厚玻璃筒實驗和圖2水汽沖金屬片現象分別相當于如圖中3、4、5、6那個沖程4和5．
（4）一單缸四沖程汽油機，若該汽油機的轉速為600轉/分，做功沖程一次對外做功大約為1500焦．那么這臺汽油機的功率為7.5×10³瓦特．

Answer 1

分析 （1）（2）做功可以使內能與機械能之間進行轉化：對物體做功，物體內能會增加；物體對外做功，物體內能會減少．
（3）汽油機有吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，根據進氣門和排氣門的開關情況和活塞的運動方向來判斷沖程的類型；
（4）內燃機完成一個工作循環，要經過4個沖程，燃氣對外做功1次，活塞往返2次，飛輪轉動2周，根據這個比例關系可以求出活塞所做的功，然后利用P=$\frac{W}{t}$求出功率．

解答 解：
（1）下壓活塞時，活塞對筒內的空氣做功，將機械能轉化為空氣的內能，使空氣溫度升高，空氣有將熱量傳遞給棉花，當棉花溫度達到著火點時，將燃燒起來，故棉花內能增加是通過熱傳遞方式實現的．
（2）用壺燒開水，壺中的水蒸氣將壺蓋頂起來，這是消耗水蒸氣的內能對外做功，將水蒸氣的內能轉化成壺蓋的機械能．
（3）由圖可見：
圖3中進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，因此該沖程是吸氣沖程；
圖4中進氣門排氣門都關閉，活塞向上運動，因此該沖程是壓縮沖程，機械能轉化為內能；
圖5中進氣門排氣門都關閉，活塞向下運動，因此該沖程是做功沖程，內能轉化為機械能；
圖6中進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，因此該沖程是排氣沖程；
從能量轉化的角度看，其中與圖1實驗相同的是壓縮沖程，故選4；與圖2實驗相同的是做功沖程，故選5；
（4）汽油機飛輪轉速600r/min，每分鐘飛輪轉動600圈，完成300個工作循環，對外做功300次．
做功沖程工作時，推動活塞一次做功1500J，
1min做功W=1500J×300=4.5×10⁵J，
這臺汽油機的功率為：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{4.5×1{0}^{5}J}{60s}$=7.5×10³W．
故答案為：（1）增大；熱傳遞；（2）機械能；（3）4和5；（4）7.5×10³．

點評 此題結合實際情況考查對改變物體內能方式的理解與應用情況；根據曲軸的轉動方向判斷活塞的運行方向，再根據氣門的關閉情況就可以確定是哪一個沖程；要熟記內燃機完成一個工作循環完成的沖程數和做功次數．