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汽油机

单缸四冲程汽油机工作原理：汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程中被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生内能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机一个工作循环在包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
科学家在四冲程发动机的基础上发明了“六冲程引擎”发动机。这种引擎在完成四冲程工作后，会把水注入汽缸，使水瞬间变成水蒸气，从而带动活塞运动，产生第五冲程，为汽车提供动力。第六冲程是让水蒸气进入冷凝器，变成可再次注入汽缸的水。“六冲程引擎”发动机的优点是环保、效率高。
工程师还制造了四缸四冲程汽油机。制造时通过连杆把四个四冲程汽油机的活塞连在一根曲轴上如图所示，四缸四冲程汽油机分为两种：一种是同步汽油机，一种是异步汽油机。同步汽油机，四个汽缸在同一时间都是做的相同工作:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。异步汽油机，各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别做吸气、压缩和排气工作。
Q195型汽油机的部分技术规格如下表所示

汽缸数	单缸排量	额定功率	转速	燃气气压
1	0.5×10-3m3		2400r/min	5×106Pa

其中，“额定功率”是指汽油机正常工作时对外所做机械功的功率；“单缸排量”是活塞从上止点到下止点所扫过的容积；“燃气气压”是指汽油机在做功冲程中燃气对活塞的平均压强。
（1）汽油机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将内能转化为______能；
（2）“六冲程引擎”，中第五冲程相当于四冲程热机的______冲程；
（3）有关四缸四冲程同步汽油机和异步汽油机说法正确的是(        )
A.四缸四冲程同步汽油机，飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功
B.四缸四冲程异步汽油机，四个汽缸在同一时间都是做的相同工作
C.若每个汽缸做功功率相同，同步汽油机的平均功率大于异步汽油机平均功率
D.异步机各汽缸的做功冲程错开，机械能输出更平稳
（4）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的平均压强，则单缸Q195型汽油机的额定功率为______W（不考虑机械能的损失）；
（5）小明家买了一款大众轿车，发现尾部标有TSI，“SI”二个字母是红色的。大众轿车的TSI技术指机器双增压（涡轮和机械增压）分层喷射技术，属于大功率、低转速大扭矩的发动机。涡轮增压的原理是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，发动机的输出功率就得到了较大的提升。“I”字母是红色的是1.4TSI，“SI”二个字母是红色的是1.8TSI，“TSI”三个字母是红色的是2.0TSI。这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/ （kW·h），已知汽油的热值为4.6×10⁷J/kg.（温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW·h）表示获得1kW·h能量消耗0.2kg汽油，该汽车发动机的效率最高可达______（结果保留整数）。

小明在探究冰的熔化特点。如图所示，是他根据实验记录的数据绘制成的温度随时间变化的图像。分析图像发现，AB段比CD段升温快，其原因是______。图像中，物体在B点时具有的内能______（选填“大于”、“小于”或“等于”）在C点时的内能。实验过程中，第2~8min物体吸收的热量为______ J。[冰的质量是500g，比热容是2.1×10³J/(kg•℃)，不计热量损失]

燃气壁挂炉是燃烧天然气，提供家居生活用热。沐浴时，打开热水龙头后，一段时间出来的是热水管道中的冷水，等冷水放完后才出热水。一个小发明解决了这一困扰——回水器。小明家新购置了一台带回水器且热效率为90%的燃气壁挂炉。如图，回水器内部的主要部件是一个水泵。在沐浴水龙头下端安装一个单向阀（水不能从b处流向α处），要用热水时提前使用启动回水器，水泵便开始工作，热水管中的水会经单向阀流向冷水管，当热水流到单向阀处时水泵便停止工作，实现一打开热水龙头就会出热水的目的。（忽略单向阀和水龙头间水管的长度）
（1）若不启动回水器，小明打开沐浴水龙头，从热水管里放了3L冷水后才出热水。已知回水器工作时水泵抽水的速度为6L/min，则他应该将回水器每次运行的时间设置为______s；
（2）在一次沐浴时，小明先启动回水器，等回水完成后立即打开沐浴水龙头开始沐浴，并用掉了从热水管里流出的45L热水。已知当时冷水的温度是15℃。燃气壁挂炉的热水出水温度是45℃，不计热水在管道内的热损失。则：
①这一次沐浴一共消耗了多少m³的天然气？(         )
②沐浴时，冷热水在沐浴水龙头内混合后从水龙头里放出的水的温度是40℃。这一次沐浴一共用掉了多少L的水？(         )
（3）小明家的燃气壁挂炉之前每年消耗天然气900m³。新的燃气壁挂炉比之前使用的那一台的热效率高出了6%。则小明家每年可以节约多少m³天然气？(         )

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如图1所示为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。

排量	2.0L
输出功率	120kW
转速	6000r/min

（1）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。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（既冲程长）。转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数。
①该发动机在1s内做功______J，单缸排量V=______L；
②在每个做功冲程里，发动机做功W=______J。
（2）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p=______Pa。
（3）图2为发动机在做功冲程中的示意图。下面给出了公式W=pV的证明，请将推导过程补充完整（要求各表达式均用S、l或p表示）：设活塞的面积为S，冲程长为l，燃气对活塞的压强为p，则燃气对活塞所做的功W=______，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V=Sl，故W=pV。

某同学用如下图所示的实验装置，比较不同物质的比热容。将分别盛有 50g 水和食用油的两个试管固定在铁架台上，温度传感器的探头与水和食用油良好接触，将温度传感器与计算机相连。计算机上显示温度随时间变化的图线如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．加热 2min，水吸收的热量大于食用油吸收的热量

B．食用油的比热容为 2.1103 J/（kg℃）

C．2～3min 内，食用油吸收的热量为 1400J

D．另一小组用同样的器材进行实验，得到的两种物质温度随时间变化图像均为图中的A所示，若已知该小组所用水的质量为 75g，则食用油的质量为 100g

如图所示，用大小为F的拉力，通过一个动滑轮，拉着重为300N的物体，使物体在竖直方向以1m/s的速度向上做匀速直线运动，其中动滑轮重100N，则拉力F做功的功率为______W。（不计绳重和滑轮转轴处的摩擦）

小明同学做“比较两种材料保温性能”的实验，他取：材料①泡沫塑料，材料②卫生纸两种材料作保温材料，两支相同的温度计，两只相同的大玻璃烧杯，钟表和热开水，以及细线、硬纸片、剪刀。他做两个相同的硬纸盒，把盛有热水的烧杯放入填有不同保温材料的硬纸盒中自然冷却，装置如图甲所示。根据实验测得的数据绘得图乙所示“水温与时间关系”的图像。实验过程室温基本不变，请回答：

（1）为了比较两种材料的保温性能，从控制变量的角度，应注意哪些问题？（写出两点）
①______。②______；
（2）根据实验图像提供信息，材料①和②，谁的保温性能较好？为什么？______（材料①/材料②）；______；
（3）分析实验图像数据，你认为热水放在房间里降温时，温度自然降低的规律是：______；
A.先快后慢　　B.先慢后快
C.均匀降低　　D.基本不变
（4）当时的室温大约是______；
（5）根据描绘的热水冷却图像，如果你要尽快喝一杯奶咖啡，可以有两种方式供你选择。
方式：先将烧开的热咖啡倒入杯中，冷却，然后加一匙冷牛奶。
方式：先将烧开的热咖啡倒入杯中，立即将一匙冷牛奶加进杯中，然后冷却。
那么，你认为______（方式1/方式2）的冷却效果较好。

图甲是一种适用于陆地、浅水及深水作业环境的水陆挖掘机，图乙是该水陆挖掘机的结构示意图，机械臂可绕O点转动，挖掘机有两条履带，每条履带内侧均有1个由合金材料制成的空心浮箱（可视为长方体）。（g=10N/kg）
（1）该挖掘机在某次陆地作业时，斗铲装取砂石后静止在图乙所示的位置，此时机械臂和斗铲整体的重心在N点，O、M、N三点在同一直线上，且与水平面的夹角为37%，OM=1m，ON=10m，若机械臂和斗铲整体的总质量为3t，则此时伸缩杆对机械臂的支持力（支持力垂于机械臂）是多少？（提示：sin37°=0.6，cos37°=0.8）
（2）每个浮箱宽为1.5m，高为2m，合金材料的密度为8.0×10³kg/m³，已知制作每个浮箱时所用合金材料的体积V与浮箱长度L的关系为V=0.07m² L+0.05m³，除2个完全相同的浮箱外，挖掘机其余部分的质量为33t。若挖掘机漂浮在水中时，2个浮箱浸入水中的深度均不能超过1.5m，则每个浮箱的长度至少是多少？（不计履带排开水的体积和驾驶员的质量）

如图所示，变阻器R标有“”字样，灯L标有“6V3W”的字样，当只闭合时，灯L正常发光，则电源电压为___________ V；当、都闭合时，如果电流表所接量程是，电压表所接量程是，则在不损坏电路元件的情况下，电路消耗的最大总功率___________ W。（忽略温度对电阻的影响）

小李用弹簧测力计把一个正方体金属块从液体内部某一深度缓慢提起，如图甲所示，该过程中弹簧测力计的示数F随金属块提升高度h变化的情况如图乙所示。根据图像信息可知：液体的密度为___________kg/m³ （用科学计数法，计算结果保留两位小数）；金属块在刚提起时其上表面受到的液体压强为___________ Pa。（g=10N/kg，不考虑到液面的变化）