Question

設計汽車發動機時，既要考慮能量的利用效率，也要考慮發動機的冷卻問題．
（1）為了防止發動機過熱，汽車的冷卻系統常用水的循環來降低發動機的溫度．200kg水在冷卻系統中升高從20℃上升到60℃，所吸收的熱量是多少？[C_水=4.2×10³J/（kg?℃）]
（2）若上述熱量由完全燃燒的煤氣提供，而實際上煤氣未完全燃燒，若水吸收的熱量是煙煤放出熱量的8.4%，那么需要多少m³的煤氣？[水的比熱容為4.2×10³J/（kg?℃），煤氣的熱值q=4.0×10⁷J/m³．氣體完全燃燒放出熱量的公式Q_放=qV，式中V表示燃燒氣體的體積．]
（3）柴油在某汽車發動機汽缸內燃燒時，如果每分鐘釋放1.2×10⁷J的能量，發動機輸出的功率是8.5×10⁴W，則此汽車發動機的效率是多少？

Answer 1

分析：（1）知道水的質量、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）根據水吸收的熱量和水的吸收效率求出煙煤放出熱量，然后利用Q=qV求需要的煤氣；
（3）已知時間和放出的能量，利用功率的公式可以計算出總功率，然后利用機械效率的公式計算效率．

解答：解：（1）Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³ J/（kg?℃）×200kg×（60℃-20℃）=3.36×10⁷J；
（2）∵Q_吸=8.4%Q_放，
∴Q_放=

Q吸

8.4%

=

3.36×107J

8.4%

=4×10⁸J，
根據Q_放=qV可得：
需要的煤氣V=

Q放

q

=

4×108J

4.0×107J/m3

=10m³；
（3）發動機的總功率P_總=

Q

t

=

1.2×107J

60s

=2×10⁵W，
發動機的效率η=

P輸出

P總

×100%=

8.5×104J

2×105J

×100%=42.5%．
答：（1）所吸收的熱量是1.05×10⁶J；
（2）需要10m³的煤氣；
（3）此汽車發動機的效率是42.5%．

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！