Question

如图是一款家庭小轿车，它的发动机是汽油机，为了避免发动机过热影响对外做功，有水箱通过水的循环吸热为发动机降温．此轿车以90km/h的速度匀速行驶100km的油耗为7L（1L=1dm³），同时水箱内10kg水由20℃升高到90℃，轿车行驶中发动机提供的平均前进动力为901.6N，已知ρ_汽油=0.7kg/dm³，热值q_汽油=4.6×10⁷J/kg．根据以上信息，请解答以下问题：
（1）百公里的油耗所能释放的最大能量是多少？
（2）由于水箱中的吸热所损失的能量达到多少J？
（3）发动机把内能转化为机械能的效率为多大？

Answer 1

解：
（1）∵ρ=，
∴百公里的油耗的质量：
m=ρV=0.7kg/dm³×7dm³=4.9kg，
这些汽油完全燃烧放出的热量：
Q_放=mq=4.9kg×4.6×10⁷J/kg=2.254×10⁸J，
即百公里的油耗所能释放的最大能量为2.254×10⁸J；
（2）水箱内水吸收的热量：
Q_吸=cm△t=4.2×10³J/（kg?℃）×10kg×（90℃-20℃）=2.94×10⁶J；
即：由于水箱中的吸热所损失的能量达到2.94×10⁶J；
（3）百公里牵引力做的功：
W=Fs=901.6N×100×10³m=9.016×10⁷J，
发动机把内能转化为机械能的效率：
η=×100%=×100%=40%．
答：（1）百公里的油耗所能释放的最大能量是2.254×10⁸J；
（2）由于水箱中的吸热所损失的能量达到2.94×10⁶J；
（3）发动机把内能转化为机械能的效率为40%．
分析：（1）知道汽车百公里的油耗（汽油的体积）和汽油的密度，利用密度公式求汽油的质量，又知道汽油的热值，利用燃料完全燃烧放热公式求汽油完全燃烧放出的热量（所能释放的最大能量--总能量）；
（2）知道水的质量、水的比热容、水的初末温，利用吸热公式求水吸收的热量（由于水箱中的吸热所损失的能量）；
（3）知道轿车行驶中发动机提供的平均前进动力，以及前进的距离，可求牵引力做的功，即转化成的机械能（有用能量），再利用效率公式求发动机把内能转化为机械能的效率．
点评：本题主要考查学生对密度公式、吸热公式Q_吸=cm△t、燃料完全燃烧放热Q_放=mq、效率公式的理解与掌握，此题涉及到的知识点较多，综合性强，难度较大，属于难题．