Question

18．如圖，用酒精燈對(duì)試管加熱，水溫升高，是通過熱傳遞的方式改變水的內(nèi)能．一段時(shí)間后瓶塞被水蒸氣沖出去，其能量轉(zhuǎn)化與熱機(jī)工作中的做功沖程能量轉(zhuǎn)化相同．一臺(tái)單缸四沖程柴油機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分，該柴油機(jī)活塞1s對(duì)外做功30次．若其效率為40%，消耗5kg的柴油轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能是8.6×10⁷J．（q_柴油=4.3×10⁷J/kg）

Answer 1

分析 （1）做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，當(dāng)物體對(duì)外做功時(shí)，物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
熱機(jī)的四個(gè)沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程．壓縮沖程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；做功沖程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
（2）一個(gè)工作循環(huán)包括四個(gè)沖程，飛輪轉(zhuǎn)兩周，對(duì)外做功一次；
（3）利用Q=mq計(jì)算燃料燃燒放出的熱量，然后根據(jù)η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：
（1）用酒精燈加熱試管中的水，這是通過熱傳遞的方式改變水的內(nèi)能；
圖中的塞子被試管內(nèi)的水蒸氣推出過程是水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子機(jī)械能的過程，與熱機(jī)的做功沖程的能量轉(zhuǎn)化相同．
（2）此柴油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min，所以飛輪每秒轉(zhuǎn)60r，因?yàn)轱w輪每轉(zhuǎn)一周完成2個(gè)沖程，所以在1s內(nèi)，柴油機(jī)完成120個(gè)沖程；因?yàn)轱w輪每轉(zhuǎn)兩周對(duì)外做功一次，所以在1s內(nèi)，對(duì)外做功次數(shù)n=$\frac{60}{2}$=30次；
（3）柴油燃燒放出的熱量：Q_放=mq_柴油=5kg×4.3×10⁷J/kg=2.15×10⁸J，
由η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$可得，轉(zhuǎn)化的機(jī)械能為：
W=Q_放η=2.15×10⁸J×40%=8.6×10⁷J．
故答案為：熱傳遞；做功；30；8.6×10⁷．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)改變內(nèi)能的方式、熱量的計(jì)算公式Q=qm和內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程特點(diǎn)的掌握，知道沖程中的能量轉(zhuǎn)化和四沖程中做功次數(shù)與飛輪轉(zhuǎn)數(shù)之間的關(guān)系．