19（7分）阅读短文，回答问题。
随着人们生活水平的不断提高，各种小汽车已经走进我们家庭。汽车的核心部件是发动机，现代汽车的发动机有汽油发动机和柴油发动机两类，可分别简称为汽油机和柴油机。某学校物理兴趣小组研究了某品牌汽车的四冲程汽油机和一台小型单缸柴油机，其中汽油机以最大功率工作时飞轮转速为$3000\ \mathrm{r/min}$，而柴油机的汽缸活塞面积为$40\ \mathrm{cm}^2$，活塞在汽缸内一个冲程中移动的距离是$50\ \mathrm{mm}$，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为$8.0× 10^{5}\ \mathrm{Pa}$，飞轮$1\ \mathrm{min}$转动$2400\ \mathrm{r}$。
（1）汽车制动过程中，其动能转化为地面、轮胎、空气的________。
（2）该汽油机以最大功率工作时，每秒钟做功________次，其中，汽油机的做功冲程对汽车提供动力，其余三个冲程由飞轮的________带动完成。
（3）当柴油机满负荷工作时（不计摩擦），若$1\ \mathrm{min}$消耗柴油$0.01\ \mathrm{L}$，柴油的密度$\rho=0.8× 10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$，柴油的热值取$5.0× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$，则做功冲程中燃气对活塞的平均压力为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{N}$；一个做功冲程中燃气对活塞做的功为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{J}$；这台柴油机的功率为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{kW}$；该柴油机的热机效率为________。
随着人们生活水平的不断提高，各种小汽车已经走进我们家庭。汽车的核心部件是发动机，现代汽车的发动机有汽油发动机和柴油发动机两类，可分别简称为汽油机和柴油机。某学校物理兴趣小组研究了某品牌汽车的四冲程汽油机和一台小型单缸柴油机，其中汽油机以最大功率工作时飞轮转速为$3000\ \mathrm{r/min}$，而柴油机的汽缸活塞面积为$40\ \mathrm{cm}^2$，活塞在汽缸内一个冲程中移动的距离是$50\ \mathrm{mm}$，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为$8.0× 10^{5}\ \mathrm{Pa}$，飞轮$1\ \mathrm{min}$转动$2400\ \mathrm{r}$。
（1）汽车制动过程中，其动能转化为地面、轮胎、空气的________。
（2）该汽油机以最大功率工作时，每秒钟做功________次，其中，汽油机的做功冲程对汽车提供动力，其余三个冲程由飞轮的________带动完成。
（3）当柴油机满负荷工作时（不计摩擦），若$1\ \mathrm{min}$消耗柴油$0.01\ \mathrm{L}$，柴油的密度$\rho=0.8× 10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$，柴油的热值取$5.0× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$，则做功冲程中燃气对活塞的平均压力为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{N}$；一个做功冲程中燃气对活塞做的功为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{J}$；这台柴油机的功率为$\_\_\_\_\_\_\mathrm{kW}$；该柴油机的热机效率为________。
答案：19.（1）内能 （2）25 惯性 （3）3 200 160 3.2 48%
解析：
【分析】
本题围绕汽油机和柴油机的相关知识展开，需逐个分析每个问题的解题思路：（1）汽车制动时，动能通过摩擦转化为内能；（2）四冲程汽油机每2个飞轮转动对应1次做功，结合转速计算每秒做功次数，其余冲程依靠飞轮惯性完成；（3）柴油机部分需依次计算燃气压力、单个做功冲程的功、功率及热机效率，关键是做好单位换算，利用压强、功、功率、热值的公式逐步推导。
【解析】
（1）汽车制动过程中，克服摩擦做功，动能转化为地面、轮胎、空气的内能，故填内能。
（2）汽油机飞轮转速为$3000\ \mathrm{r/min}=50\ \mathrm{r/s}$，四冲程汽油机每2圈做功1次，因此每秒做功次数为$\frac{50}{2}=25$次；汽油机做功冲程提供动力，其余三个冲程依靠飞轮的惯性带动完成。
（3）①燃气对活塞的平均压力：由$p=\frac{F}{S}$得$F=pS$，$S=40\ \mathrm{cm}^2=40×10^{-4}\ \mathrm{m}^2=0.004\ \mathrm{m}^2$，则$F=8.0×10^5\ \mathrm{Pa}×0.004\ \mathrm{m}^2=3200\ \mathrm{N}$；
②一个做功冲程中燃气对活塞做的功：$W=Fs$，$s=50\ \mathrm{mm}=0.05\ \mathrm{m}$，则$W=3200\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=160\ \mathrm{J}$；
③柴油机的功率：飞轮1min转2400r，每2转做功1次，1min内做功次数为$\frac{2400}{2}=1200$次，总功$W_{\mathrm{总}}=1200×160\ \mathrm{J}=192000\ \mathrm{J}$，功率$P=\frac{W_{\mathrm{总}}}{t}=\frac{192000\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}}=3200\ \mathrm{W}=3.2\ \mathrm{kW}$；
④热机效率：1min消耗柴油体积$V=0.01\ \mathrm{L}=0.01×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=1×10^{-5}\ \mathrm{m}^3$，柴油质量$m=\rho V=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1×10^{-5}\ \mathrm{m}^3=0.008\ \mathrm{kg}$，柴油完全燃烧放热$Q=mq=0.008\ \mathrm{kg}×5.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=4×10^5\ \mathrm{J}$，效率$\eta=\frac{W_{\mathrm{总}}}{Q}×100\%=\frac{192000\ \mathrm{J}}{4×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=48\%$。
【答案】
（1）内能 （2）25 惯性 （3）3200 160 3.2 48%
【知识点】
能量转化、热机工作原理、热机效率计算
【点评】
本题综合考查了能量转化、汽油机和柴油机的工作特点，以及压强、功、功率、热值的相关计算，需注意单位换算的准确性，属于热学基础综合题，侧重对公式应用和概念理解的考查。
【难度系数】
0.5
本题围绕汽油机和柴油机的相关知识展开，需逐个分析每个问题的解题思路：（1）汽车制动时，动能通过摩擦转化为内能；（2）四冲程汽油机每2个飞轮转动对应1次做功，结合转速计算每秒做功次数，其余冲程依靠飞轮惯性完成；（3）柴油机部分需依次计算燃气压力、单个做功冲程的功、功率及热机效率，关键是做好单位换算，利用压强、功、功率、热值的公式逐步推导。
【解析】
（1）汽车制动过程中，克服摩擦做功，动能转化为地面、轮胎、空气的内能，故填内能。
（2）汽油机飞轮转速为$3000\ \mathrm{r/min}=50\ \mathrm{r/s}$，四冲程汽油机每2圈做功1次，因此每秒做功次数为$\frac{50}{2}=25$次；汽油机做功冲程提供动力，其余三个冲程依靠飞轮的惯性带动完成。
（3）①燃气对活塞的平均压力：由$p=\frac{F}{S}$得$F=pS$，$S=40\ \mathrm{cm}^2=40×10^{-4}\ \mathrm{m}^2=0.004\ \mathrm{m}^2$，则$F=8.0×10^5\ \mathrm{Pa}×0.004\ \mathrm{m}^2=3200\ \mathrm{N}$；
②一个做功冲程中燃气对活塞做的功：$W=Fs$，$s=50\ \mathrm{mm}=0.05\ \mathrm{m}$，则$W=3200\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=160\ \mathrm{J}$；
③柴油机的功率：飞轮1min转2400r，每2转做功1次，1min内做功次数为$\frac{2400}{2}=1200$次，总功$W_{\mathrm{总}}=1200×160\ \mathrm{J}=192000\ \mathrm{J}$，功率$P=\frac{W_{\mathrm{总}}}{t}=\frac{192000\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}}=3200\ \mathrm{W}=3.2\ \mathrm{kW}$；
④热机效率：1min消耗柴油体积$V=0.01\ \mathrm{L}=0.01×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=1×10^{-5}\ \mathrm{m}^3$，柴油质量$m=\rho V=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1×10^{-5}\ \mathrm{m}^3=0.008\ \mathrm{kg}$，柴油完全燃烧放热$Q=mq=0.008\ \mathrm{kg}×5.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=4×10^5\ \mathrm{J}$，效率$\eta=\frac{W_{\mathrm{总}}}{Q}×100\%=\frac{192000\ \mathrm{J}}{4×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=48\%$。
【答案】
（1）内能 （2）25 惯性 （3）3200 160 3.2 48%
【知识点】
能量转化、热机工作原理、热机效率计算
【点评】
本题综合考查了能量转化、汽油机和柴油机的工作特点，以及压强、功、功率、热值的相关计算，需注意单位换算的准确性，属于热学基础综合题，侧重对公式应用和概念理解的考查。
【难度系数】
0.5