Question

20．中國自主研制殲20隱形戰(zhàn)機如圖所示，它的發(fā)動機是一種熱機，效率高達60%，通過航空煤油在氣室中燃燒，從噴口向后高速噴出氣體，使發(fā)動機獲得向前的推力，高空中飛機獲得1.8×10⁵N的水平推力，據(jù)測試飛機以600km/h的速度沿水平方向勻速航行最多可達10h，假設航空煤油完全燃燒．燃油的熱值為4.6×10⁷J/kg，燃油的密度0.8×10³kg/m³，求：
（1）該戰(zhàn)機的發(fā)動機工作原理為：將航空煤油燃燒放出的內(nèi)能轉為機械能．
（2）發(fā)動機所做的功；
（3）飛機的油箱至少儲存多少L體積的航空煤油？

Answer 1

分析 （1）熱機是將內(nèi)能轉化為機械能的機器；
（2）利用s=vt求飛機最多飛行的距離，再利用W=Fs求發(fā)動機所做的功；
（3）利用η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$求燃油完全燃燒放出的熱量，而Q_放=mq，據(jù)此求出完全燃燒燃油的質量，再利用密度公式求燃油的體積．

解答 解：
（1）殲20隱形戰(zhàn)機的發(fā)動機是一種熱機，工作時將航空煤油燃燒放出的內(nèi)能轉化為機械能；
（2）由v=$\frac{s}{t}$得飛機最多飛行的距離：
s=vt=600km/h×10h=6000km=6×10⁶m，
發(fā)動機所做的功：
W=Fs=1.8×10⁵N×6×10⁶m=1.08×10¹²J；
（3）由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$燃油完全燃燒放出的熱量：
Q_放=$\frac{W}{η}$=$\frac{1.08×1{0}^{12}J}{60%}$=1.8×10¹²J，
由Q_放=mq得完全燃燒燃油的質量：
m_油=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{1.8×1{0}^{12}J}{4.6×1{0}^{7}J/kg}$≈3.9×10⁴kg，
由ρ=$\frac{m}{V}$得燃油的體積：
V=$\frac{{m}_{油}}{{ρ}_{油}}$=$\frac{3.9×1{0}^{4}kg}{0.8×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=48.75m³=4.875×10⁴dm³=4.875×10⁴L．
答：（1）內(nèi)能；機械能；
（2）發(fā)動機所做的功為1.08×10¹²J；
（3）飛機的油箱至少儲存4.875×10⁴L體積的航空煤油．

點評 本題為力學和熱學的綜合計算題，考查了學生對速度公式、密度公式、效率公式、燃料完全燃燒放熱公式的應用，計算時注意單位換算：1m³=10³dm³，1dm³=1L．