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汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在汽缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。
如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个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吸气、压缩和排气冲程。
（1）汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为
（2）若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为
（3）若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是
（4）四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的冲程是
A. 吸气
B. 压缩
C. 排气
（5）当发动机转速为3000 r/min时，则发动机每个工作循环所需要的时间为
A. $ \dfrac{np_0V_{\mathrm{排}}}{2} $
B. $ np_0V_{\mathrm{排}} $
C. $ 2np_0V_{\mathrm{排}} $
D. $ 4np_0V_{\mathrm{排}} $
汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在汽缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（冲程长度）。如果发动机有若干个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。
如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个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吸气、压缩和排气冲程。
（1）汽油机工作时将燃料燃烧的内能转化为
机械
能。（2）若一个汽缸排量为V，燃气对活塞的平均压强为p，则一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为
pV
（用字母表示）。（3）若汽车发动机以恒定功率输出，在爬坡的时候减慢车速，目的是
增大牵引力
。（4）四缸发动机中1号汽缸在做功冲程中，4号汽缸所处的冲程是
A
。A. 吸气
B. 压缩
C. 排气
（5）当发动机转速为3000 r/min时，则发动机每个工作循环所需要的时间为
0.04
s；设做功冲程燃气对活塞的平均压强是$ p_0 $，发动机排量为$ V_{\mathrm{排}} $，则发动机转速为$ n \ \mathrm{r/s} $时该发动机的输出功率$ P $与发动机排量$ V_{\mathrm{排}} $的关系式为A
。A. $ \dfrac{np_0V_{\mathrm{排}}}{2} $
B. $ np_0V_{\mathrm{排}} $
C. $ 2np_0V_{\mathrm{排}} $
D. $ 4np_0V_{\mathrm{排}} $
答案：(1) 机械
(2) $pV$
(3) 增大牵引力
(4) A
(5) 0.04 A
(2) $pV$
(3) 增大牵引力
(4) A
(5) 0.04 A
解析：
【分析】
本题围绕四缸汽油机的相关知识展开，需逐一分析各问题：
1. 汽油机能量转化：做功冲程中燃料燃烧的内能转化为机械能，是内燃机的核心能量转化形式。
2. 做功冲程功的计算：利用压强公式推导压力，结合排量与活塞面积、冲程长度的关系，推导功的表达式。
3. 爬坡减速的目的：根据功率公式 $ P=Fv $，功率恒定时减小速度可增大牵引力，满足爬坡需求。
4. 四缸冲程判断：四缸发动机做功冲程错开，每半周一个缸做功，结合1号缸做功时的冲程循环顺序，判断4号缸的冲程。
5. 转速与时间、功率计算：先换算转速单位，结合工作循环与曲轴转数的关系求时间；再根据排量、做功次数推导功率表达式，选择正确选项。
【解析】
（1）汽油机属于内燃机，做功冲程将燃料燃烧释放的内能转化为活塞运动的机械能，故填机械。
（2）由压强公式 $ p=\frac{F}{S} $，得燃气对活塞的压力 $ F=pS $；汽缸排量 $ V=S· L $（$ L $ 为冲程长度），则做功冲程中燃气做功 $ W=F· L=pS· L=pV $，故答案为 $ pV $。
（3）根据功率公式 $ P=Fv $，当发动机功率 $ P $ 恒定时，减小行驶速度 $ v $，可增大牵引力 $ F $，爬坡时需要更大的牵引力，因此减慢车速的目的是增大牵引力。
（4）四缸发动机的做功过程错开，每半周有一个汽缸做功，1号汽缸处于做功冲程时，按内燃机四个冲程的循环顺序，4号汽缸所处的冲程为吸气冲程，故选 A。
（5）①转速 $ n=3000\ \mathrm{r/min}=\frac{3000}{60}\ \mathrm{r/s}=50\ \mathrm{r/s} $；发动机一个工作循环曲轴转2周，因此每个工作循环的时间 $ t=\frac{2\ \mathrm{r}}{50\ \mathrm{r/s}}=0.04\ \mathrm{s} $。
②发动机排量 $ V_{\mathrm{排}} $ 是四个汽缸的总排量，单缸做功冲程做功 $ W_1=p_0V_{\mathrm{单}} $，则一个工作循环（曲轴转2周）四个汽缸总做功 $ W_{\mathrm{总}}=4· p_0V_{\mathrm{单}}=p_0V_{\mathrm{排}} $；转速为 $ n\ \mathrm{r/s} $ 时，每秒曲轴转 $ n $ 转，完成 $ \frac{n}{2} $ 个工作循环，因此输出功率 $ P=\frac{n}{2}· p_0V_{\mathrm{排}}=\frac{np_0V_{\mathrm{排}}}{2} $，对应选项 A。
【答案】
(1) 机械；(2) $ pV $；(3) 增大牵引力；(4) A；(5) 0.04；A
【知识点】
内燃机的能量转化、功的计算、功率与速度的关系
【点评】
本题结合汽车发动机实际场景，综合考查内燃机工作原理、功和功率的计算等知识点，需理解四缸发动机冲程错开规律，掌握公式推导与单位换算，对学生综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
本题围绕四缸汽油机的相关知识展开，需逐一分析各问题：
1. 汽油机能量转化：做功冲程中燃料燃烧的内能转化为机械能，是内燃机的核心能量转化形式。
2. 做功冲程功的计算：利用压强公式推导压力，结合排量与活塞面积、冲程长度的关系，推导功的表达式。
3. 爬坡减速的目的：根据功率公式 $ P=Fv $，功率恒定时减小速度可增大牵引力，满足爬坡需求。
4. 四缸冲程判断：四缸发动机做功冲程错开，每半周一个缸做功，结合1号缸做功时的冲程循环顺序，判断4号缸的冲程。
5. 转速与时间、功率计算：先换算转速单位，结合工作循环与曲轴转数的关系求时间；再根据排量、做功次数推导功率表达式，选择正确选项。
【解析】
（1）汽油机属于内燃机，做功冲程将燃料燃烧释放的内能转化为活塞运动的机械能，故填机械。
（2）由压强公式 $ p=\frac{F}{S} $，得燃气对活塞的压力 $ F=pS $；汽缸排量 $ V=S· L $（$ L $ 为冲程长度），则做功冲程中燃气做功 $ W=F· L=pS· L=pV $，故答案为 $ pV $。
（3）根据功率公式 $ P=Fv $，当发动机功率 $ P $ 恒定时，减小行驶速度 $ v $，可增大牵引力 $ F $，爬坡时需要更大的牵引力，因此减慢车速的目的是增大牵引力。
（4）四缸发动机的做功过程错开，每半周有一个汽缸做功，1号汽缸处于做功冲程时，按内燃机四个冲程的循环顺序，4号汽缸所处的冲程为吸气冲程，故选 A。
（5）①转速 $ n=3000\ \mathrm{r/min}=\frac{3000}{60}\ \mathrm{r/s}=50\ \mathrm{r/s} $；发动机一个工作循环曲轴转2周，因此每个工作循环的时间 $ t=\frac{2\ \mathrm{r}}{50\ \mathrm{r/s}}=0.04\ \mathrm{s} $。
②发动机排量 $ V_{\mathrm{排}} $ 是四个汽缸的总排量，单缸做功冲程做功 $ W_1=p_0V_{\mathrm{单}} $，则一个工作循环（曲轴转2周）四个汽缸总做功 $ W_{\mathrm{总}}=4· p_0V_{\mathrm{单}}=p_0V_{\mathrm{排}} $；转速为 $ n\ \mathrm{r/s} $ 时，每秒曲轴转 $ n $ 转，完成 $ \frac{n}{2} $ 个工作循环，因此输出功率 $ P=\frac{n}{2}· p_0V_{\mathrm{排}}=\frac{np_0V_{\mathrm{排}}}{2} $，对应选项 A。
【答案】
(1) 机械；(2) $ pV $；(3) 增大牵引力；(4) A；(5) 0.04；A
【知识点】
内燃机的能量转化、功的计算、功率与速度的关系
【点评】
本题结合汽车发动机实际场景，综合考查内燃机工作原理、功和功率的计算等知识点，需理解四缸发动机冲程错开规律，掌握公式推导与单位换算，对学生综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.5