Question

12．汽車已進入百姓家庭，汽車發動機性能的好壞倍受人們關注．在汽車發動機的設計過程中，既要考慮能量的有效利用，又要考慮發動機的冷卻問題．（汽油熱值為4.6×10⁷J/kg，汽油密度為0.7×10³kg/m³）
（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．5kg水在冷卻系統中溫度升高50℃，所吸收的熱量是多少？
（2）10L汽油在汽車發動機汽缸內燃燒30min，可以釋放出多少能量（假設汽油完全燃燒）？若發動機輸出的功率是6×10⁴W，則此汽車發動機的效率是多少？（汽車發動機效率的計算結果精確到1%）

Answer 1

分析 （1）已知水的質量、比熱容、溫度的變化量，求吸收的熱量，利用熱量的計算公式計算；
（2）利用消耗汽油的體積求出質量，根據Q放=mq計算出放的能量，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）水吸收的熱量：
Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×5kg×50℃=1.05×10⁶J；
（2）燃燒汽油的體積：V=10L=10×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，汽油的質量：
m_汽油=ρV=0.7×10³kg/m³×10×10^-3m³=7kg，
燃燒汽油所釋放的能量：
Q_放=m_汽油q=7kg×4.6×10⁷J/kg=3.22×10⁸J，
發動機的總功率：
P_總=$\frac{{Q}_{放}}{t}$=$\frac{3.22×1{0}^{8}J}{30×60s}$=178888.9W；
發動機的效率：
η=$\frac{{P}_{輸出}}{{P}_{總}}$×100%=$\frac{6×1{0}^{4}W}{178888.9W}$×100%=34%．
答：（1）所吸收的熱量是1.05×10⁶J；
（2）10L汽油在汽車發動機汽缸內燃燒30min，可以釋放出3.22×10⁸J能量；此汽車發動機的效率是34%．

點評 本題考查熱量的計算和機械效率的計算，計算過程要注意單位換算．