Question

20．汽車已進入百姓家庭，汽車發(fā)動機性能的好壞倍受人們關注．在汽車發(fā)動機的設計過程中，既要考慮能量的有效利用，又要考慮發(fā)動機的冷卻問題．[汽油熱值為4.6×10⁷J/kg，汽油密度為0.7×10³kg/m³，水的比熱容為4.2×10³J/（kg•℃）]
（1）為了防止發(fā)動機過熱，汽車的冷卻系統(tǒng)常用水的循環(huán)來降低發(fā)動機的溫度.5kg水在冷卻系統(tǒng)中溫度升高50℃，所吸收的熱量是多少？
（2）10L汽油在汽車發(fā)動機汽缸內(nèi)燃燒30min，可以釋放出多少能量（假設汽油完全燃燒）？若發(fā)動機輸出的功率為6×10⁴ W，則此汽車發(fā)動機的效率是多少？（汽車發(fā)動機效率的計算結(jié)果精確到1%）

Answer 1

分析 （1）知道水的質(zhì)量、水溫度的升高值和水的比熱容，利用吸熱公式求水吸收的熱量；
（2）知道汽油的體積，利用密度公式求汽油的質(zhì)量，再利用燃料完全燃燒放熱公式求汽油燃燒可以釋放的能量（總能量）；
知道發(fā)動機的輸出功率和工作時間，利用W=Pt可求有用功，再利用效率公式求發(fā)動機的效率．

解答 解：
（1）水溫升高50℃吸收的熱量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³ J/（kg•℃）×5kg×50℃=1.05×10⁶J；
（2）汽油的體積V=10L=0.01m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得汽油的質(zhì)量：
m=ρV=0.7×10³kg/m³×0.01m³=7kg，
這些汽油完全燃燒放出的熱量：
Q_放=mq=7kg×4.6×10⁷J/kg=3.22×10⁸J，
發(fā)動機工作時間t=30min=1800s，
發(fā)動機做的有用功：
W=Pt=6×10⁴W×1800s=1.08×10⁸J，
發(fā)動機的效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{放}}$×100%=$\frac{1.08×1{0}^{8}J}{3.22×1{0}^{8}J}$×100%≈34%．
答：（1）5kg水在冷卻系統(tǒng)中溫度升高50℃，所吸收的熱量是1.05×10⁶J；
（2）10L汽油在汽車發(fā)動機汽缸內(nèi)燃燒30min，可以釋放出3.22×10⁸J的能量；此汽車發(fā)動機的效率是34%．

點評 本題考查了學生對密度公式、吸熱公式、功率公式、燃料完全燃燒放熱公式、效率公式的掌握和運用，知識點多、綜合性強，要求靈活運用公式，屬于難題！