热机的计算
一、填空题（共9小题）（除非特别说明，请填准确值）
1．有一台四缸发动机，其主要技术指标有：排量2.0L、输出功率120kW、转速6000r/min．其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量．它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长）．转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数．则：
①该发动机在1s内做功 J，1s内共有 个做功冲程，单缸排量V= L；
②在每个做功冲程里，发动机做功W= J．
①该发动机在1s内做功 J，1s内共有 个做功冲程，单缸排量V= L；
②在每个做功冲程里，发动机做功W= J．
2．随着人们生活水平的提高．轿车已逐步进入我国普通百姓家中．已知某国产骄车每行驶100km百公里油耗计算消耗8L汽油（1L=10-3m3），汽油的密度为0.71×103kg/m3、热值为4.6×l07J/kg．则
（1）10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是 J．
（2）该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是 kg．
（1）10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是 J．
（2）该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是 kg．
（3）当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，它所受到的阻力等于 N．
3．现代生活中最重要的交通运输工具--汽车，与我们的生活走得越来越近了．某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×105Pa．汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是
J；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是 J；排气过程中，废气温度 ，内能 ．
4．汽车应用了许多物理知识：
（1）小轿车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是 ．
（2）汽车中一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600转/分，该汽油机活塞1s对外做功 次．
（3）有的轿车尾部安装一个“气流偏导器”，它是依据 的原理，当轿车高速行驶时，能
（1）小轿车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是 ．
（2）汽车中一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600转/分，该汽油机活塞1s对外做功 次．
（3）有的轿车尾部安装一个“气流偏导器”，它是依据 的原理，当轿车高速行驶时，能
产生较大的抓地力．
（4）为了安全，在同样的道路上，不同车型的限制车速是不同的，大卡车的最大行驶速度应比小轿车 （选填“大”或“小”）．
（4）为了安全，在同样的道路上，不同车型的限制车速是不同的，大卡车的最大行驶速度应比小轿车 （选填“大”或“小”）．
5．利用图示装置可以将机械能转化为内能．当挂在滑轮上的两个重物落下时，装满水的容器中的叶片便转动起来，使水的温度升高．假设两边滑轮所挂重物的质量均为m1，重物下落的高度为h，容器内水的质量为m2，水升高的温度为△t，水的比热容为c，这台机器的效率为 ．（用物理量符号表示）
6．现代生活中最重要的交通运输工具--汽车，与我们的生活走得越来越近了．
（1）某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×105Pa．汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是 J；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是 J；排气过程中，废气温度 ，内能
（1）某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×105Pa．汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是 J；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是 J；排气过程中，废气温度 ，内能
．
（2）汽油的热值4.6×107J/kg含义：
（3）汽油机的效率很低，主要原因之一是 带走了大量的能量．
（2）汽油的热值4.6×107J/kg含义：
（3）汽油机的效率很低，主要原因之一是 带走了大量的能量．
7．随着经济的发展，汽车已进入了普通百姓的家庭．在挑选汽车时，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一．有经验的司机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断．输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 ，原因是 ．小汽车的发动机工作时，将机械能转化为内能的是 冲程．
8．某汽油机的曲轴的转速为1200r/min，活塞的面积为400平方厘米，一个冲程活塞的行程为20cm，燃气对活塞的压强为500000Pa，汽油机的功率是 W．
9．国庆长假，小明家自驾外出旅游．当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时受到的阻力是1000N，若汽车以这样的状态行驶90km，用了5L的汽油（汽油的热值q=4.5×107J/L），这段路程中汽车的功率是 W，汽车的效率是 ．
二、解答题（共10小题）（选答题，不自动判卷）
10．（2005•南通）某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×lO5Pa，飞轮lmin转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油0.01L．汽油的密度ρ=0.8×103kg/m3；
汽油的热值为4.6×l07J/kg．求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率．
（4）该汽油机的效率．
汽油的热值为4.6×l07J/kg．求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率．
（4）该汽油机的效率．
解：
11．（2014•桂林一模）桂林于2013年底开通高铁．高铁动车运行低能耗，人均百公里能耗仅为3.6度电，相当于飞机的10%．小明对动车组和飞机这两种交通方式进行比较，了解到的相关参数见表．请解答以下问题：
（1）飞机人均百公里要消耗多少kg的航空煤油？（航空煤油热值取4.32×107J/kg）
（1）飞机人均百公里要消耗多少kg的航空煤油？（航空煤油热值取4.32×107J/kg）
（2）小明查阅资料了解到：列车运行的阻力，包括车轮与轨道摩擦的机械阻力和车辆受到的空气阻力．动车以200km/h水平匀速行驶时，空气阻力占总阻力的70%，牵引功率约为1200kW；速度达到500km/h以上后，空气阻力占总阻力的90%；空气阻力和列车运行速度的平方成正比关系，速度提高2倍，空气阻力将增至4倍．近期，我国正在研制的CIT500型动车的试验速度达到了600km/h，请根据材料估算，要以600km/h水平匀速行驶，动车组的牵引功率要达到多大？
桂林--北京 | ||
交通方式 | 动车组 | 飞机 |
型号 | CRH380BL | 空客A320 |
动力 | 交流电动机 | 喷气式发动机 |
能源 | 电 | 航空煤油 |
行驶里程 | 2110km | 1800km |
运行时间 | 10h32min | 3h |
解：
12．一台汽油机，活塞面积是Scm2，活塞行程是Lcm，做功冲程燃气产生的平均压强为pPa，若飞轮的转速是nr/min（转/分钟），汽油机的效率为η，汽油的热值qJ/kg．请计算出汽油机在1h内要消耗多少kg的汽油？
解：
13．（2006•孝感）一种正在研制中的太阳能动力车如图，它上面的太阳能接收板的有效面积为S=8m2，天气晴朗、接收板正对着太阳时，每1m2面积上每1s内接收到的太阳能是1.0×103J．正常运行时：这种车将太阳能转化成机械能的效率可达12%．求：
（1）2h内太阳能动力车接收到的太阳能是多少J？
（2）正常运行时该车的功率可达多少kW？
（3）若该车（含载重）的总质量为160kg，沿水平路面行驶时受到的阻力为总重力的
（1）2h内太阳能动力车接收到的太阳能是多少J？
（2）正常运行时该车的功率可达多少kW？
（3）若该车（含载重）的总质量为160kg，沿水平路面行驶时受到的阻力为总重力的
1 |
10 |
，则它在水平路面上匀速行驶的速度可达多少m/s？（运算中取g=10N/kg）
解：
14．（2011•河西区一模）如图所示是四冲程汽油机的剖面图．发动机的每一个工作循环曲轴转动2周．表中所示的是某品牌轿车汽油发动机的部分参数．
额定功率 | 100kw |
额定转速 | 5000r/min |
排气量 | 1.8L |
压缩比 | 10：1 |
空燃比 | 14：1 |
无铅汽油 | 93# |
其中“额定功率”是发动机工作时的最大输出功率．“额定转速”是对应额定功率下发动机曲轴的转速．“排气量”是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和．“压缩比”即气缸总容积（燃烧室容积与排气量之和）与燃烧室容积的比值．“空燃比”即混合气中空气和汽油的质量比．
已知发动机在额定功率时汽油和空气混合物的密度为1.35kg/m3，93#汽油的热值为4.6x107J/kg，1L=10-3m3．
（1）汽油机是将______能转化为______能的机器；
（2）请你根据提供的数据计算这台发动机以额定功率行驶时：（设在排气冲程中将所有废气排出气缸）
①1min内发动机做的有用功；②一个工作循环吸入汽油和空气混合物的体积；③1min吸入汽油的质量；④热机的效率（保留2位有效数字）．
已知发动机在额定功率时汽油和空气混合物的密度为1.35kg/m3，93#汽油的热值为4.6x107J/kg，1L=10-3m3．
（1）汽油机是将______能转化为______能的机器；
（2）请你根据提供的数据计算这台发动机以额定功率行驶时：（设在排气冲程中将所有废气排出气缸）
①1min内发动机做的有用功；②一个工作循环吸入汽油和空气混合物的体积；③1min吸入汽油的质量；④热机的效率（保留2位有效数字）．
解：
15．（2013•广西模拟）油电混合动力汽车是新型节能汽车之一．这种汽车启动时内燃机并不工作，由动力蓄电池组通过驱动电机向车轮输送能量；当以高速匀速行驶或动力蓄电池组储存电能过低时，内燃机启动，此时在向车轮输送能量的同时也给动力蓄电池组充电；若车辆需要全力加速时，内燃机和动力蓄电池组同时向车轮输送能量．下表是某型号混合动力汽车所用的动力蓄电池组的部分参数，其中容量“100Ah”是指：当蓄电池以1A的电流供电时能持续工作100h．
若测试人员驾驶该车在平直公路上以90km/h的测试车速匀速行驶0.5h，内燃机消耗燃油3.5kg，蓄电池组的电能增加了最大电能（容量）的10%；从汽车的使用说明书中知道，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示．则该汽车内燃机的效率是多大？（计算结果保留一位小数）（燃油的热值：4.6×107J/kg）
若测试人员驾驶该车在平直公路上以90km/h的测试车速匀速行驶0.5h，内燃机消耗燃油3.5kg，蓄电池组的电能增加了最大电能（容量）的10%；从汽车的使用说明书中知道，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示．则该汽车内燃机的效率是多大？（计算结果保留一位小数）（燃油的热值：4.6×107J/kg）
工作电压/V | 300 |
功率/kW | 30 |
容量/Ah | 100 |
质量/kg | 320 |
解：
16．（2013•塘沽区二模）天津生产的316型单缸四冲程汽油机的气缸直径为Dmm，活塞冲程长Lmm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为p°，飞轮的转速是Nrevs/min．
（1）求这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失）；
（2）如果满负荷工作时每分钟消耗M克的汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（汽油的热值为qJ/kg）
（1）求这种汽油机满负荷工作时做功的功率（不计摩擦损失）；
（2）如果满负荷工作时每分钟消耗M克的汽油，这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（汽油的热值为qJ/kg）
解：
17．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×l05Pa，求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力．
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功．
（3）若燃气对活塞的平均压强为 p，设活塞的面积为S，冲程长为L，如图所示，而V=SL，请推导出一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=pV．
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力．
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功．
（3）若燃气对活塞的平均压强为 p，设活塞的面积为S，冲程长为L，如图所示，而V=SL，请推导出一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=pV．
解：
18．晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值．所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和．一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大．汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周．现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L，最大功率为74kW，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为520
0r/min．汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为14：1，压缩比是10（即气缸总容积与燃烧室容积的比值），若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3，汽油的热值为4.6×107J/kg、密度为0.71×103kg/m3．请计算：
（1）这台发动机在最大功率时的热机效率．
（2）发动机在最大功率时，汽车的最高时速为175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升．
（1）这台发动机在最大功率时的热机效率．
（2）发动机在最大功率时，汽车的最高时速为175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升．
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