28. 阅读短文,回答问题。
我国自主研制的新一代战斗机,它最大起飞质量为37 t,最大飞行高度达20 000 m,最大航行速度达2.5倍声速(合3 060 km/h),飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见下表:

该飞机发动机的热效率和推进效率都较高,所谓热效率是指发动机获得的机械能$W_{机械}$与燃料完全燃烧产生的内能$Q_{放}$之比,而推进效率是指发动机传递给飞机的推进功(推力所做的功$W_{推力}$)与其获得的机械能之比,飞机使用的航空燃油的热值为$5×10^7$ J/kg。若该机以巡航速度500 m/s水平飞行0.5 h的过程中耗油5 t。则:
(1)活塞式发动机是战斗机的核心部件,其基本结构及工作方式如图所示,此时该发动机处于
(2)飞机发动机完全燃烧5 t燃油获得内能为
(3)飞机以巡航速度500 m/s水平飞行0.5 h的过程中,飞机发动机推力的功率为
(4)如该发动机此时的热效率为40%,则此过程中发动机的推进效率为

我国自主研制的新一代战斗机,它最大起飞质量为37 t,最大飞行高度达20 000 m,最大航行速度达2.5倍声速(合3 060 km/h),飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见下表:
该飞机发动机的热效率和推进效率都较高,所谓热效率是指发动机获得的机械能$W_{机械}$与燃料完全燃烧产生的内能$Q_{放}$之比,而推进效率是指发动机传递给飞机的推进功(推力所做的功$W_{推力}$)与其获得的机械能之比,飞机使用的航空燃油的热值为$5×10^7$ J/kg。若该机以巡航速度500 m/s水平飞行0.5 h的过程中耗油5 t。则:
(1)活塞式发动机是战斗机的核心部件,其基本结构及工作方式如图所示,此时该发动机处于
压缩
冲程,该冲程发生的能量转化是机械
能转化为内
能。(2)飞机发动机完全燃烧5 t燃油获得内能为
$2.5×10^{11}$
J。(3)飞机以巡航速度500 m/s水平飞行0.5 h的过程中,飞机发动机推力的功率为
$3.75×10^7$
W。(4)如该发动机此时的热效率为40%,则此过程中发动机的推进效率为
67.5%
。答案
28.(1)压缩 机械 内 (2)$2.5×10^{11}$ (3)$3.75×10^7$ (4)67.5%
解析
【分析】
本题围绕战斗机的物理知识展开,需分步骤解决四个问题:
1. 第(1)题:根据内燃机冲程的判断方法(气门状态、活塞运动方向)确定冲程,再分析能量转化;
2. 第(2)题:利用燃料完全燃烧放热公式Q放=mq计算内能,注意质量单位换算;
3. 第(3)题:先计算飞行距离,结合匀速飞行时推力等于阻力,再用功率公式P=Fv计算推力功率;
4. 第(4)题:根据热效率求出发动机获得的机械能,再计算推进功,最后用推进效率公式求解。
【解析】
(1)观察发动机结构:进气门、排气门均关闭,活塞向上运动,因此为压缩冲程;压缩冲程中,活塞对气缸内气体做功,机械能转化为内能。
(2)燃油质量m=5t=5×10³kg,完全燃烧释放的内能:
Q放$=mq=5×10³kg×5×10^7 J/kg=2.5×10^11 J$。
(3)飞行时间t=0.5h=1800s,飞行距离$s=vt=500m/s×1800s=9×10^5 m$;
匀速飞行时推力F等于阻力f,由功率公式P=Fv,结合巡航速度下的阻力关系,得推力功率:
$P=Fv=7.5×10^4 N×500m/s=3.75×10^7 W$。
(4)发动机获得的机械能W机械=η热×Q放$=40%×2.5×10^11 J=1×10^11 J$;
推进功W推力$=F×s=7.5×10^4 N×9×10^5 m=6.75×10^10 J$;
推进效率:
η推进=W推力/W机械$×100%=(6.75×10^10 J/1×10^11 J)×100%=67.5%$。
【答案】
(1)压缩;机械;内
$(2)2.5×10^11$
$(3)3.75×10^7$
(4)67.5%
【知识点】
内燃机冲程、热值计算、功率、机械效率
【点评】
本题结合实际场景综合考查热学与力学知识,需掌握各物理公式的应用及单位换算,难度中等,能有效检验学生对知识点的综合运用能力。
【难度系数】
0.5
本题围绕战斗机的物理知识展开,需分步骤解决四个问题:
1. 第(1)题:根据内燃机冲程的判断方法(气门状态、活塞运动方向)确定冲程,再分析能量转化;
2. 第(2)题:利用燃料完全燃烧放热公式Q放=mq计算内能,注意质量单位换算;
3. 第(3)题:先计算飞行距离,结合匀速飞行时推力等于阻力,再用功率公式P=Fv计算推力功率;
4. 第(4)题:根据热效率求出发动机获得的机械能,再计算推进功,最后用推进效率公式求解。
【解析】
(1)观察发动机结构:进气门、排气门均关闭,活塞向上运动,因此为压缩冲程;压缩冲程中,活塞对气缸内气体做功,机械能转化为内能。
(2)燃油质量m=5t=5×10³kg,完全燃烧释放的内能:
Q放$=mq=5×10³kg×5×10^7 J/kg=2.5×10^11 J$。
(3)飞行时间t=0.5h=1800s,飞行距离$s=vt=500m/s×1800s=9×10^5 m$;
匀速飞行时推力F等于阻力f,由功率公式P=Fv,结合巡航速度下的阻力关系,得推力功率:
$P=Fv=7.5×10^4 N×500m/s=3.75×10^7 W$。
(4)发动机获得的机械能W机械=η热×Q放$=40%×2.5×10^11 J=1×10^11 J$;
推进功W推力$=F×s=7.5×10^4 N×9×10^5 m=6.75×10^10 J$;
推进效率:
η推进=W推力/W机械$×100%=(6.75×10^10 J/1×10^11 J)×100%=67.5%$。
【答案】
(1)压缩;机械;内
$(2)2.5×10^11$
$(3)3.75×10^7$
(4)67.5%
【知识点】
内燃机冲程、热值计算、功率、机械效率
【点评】
本题结合实际场景综合考查热学与力学知识,需掌握各物理公式的应用及单位换算,难度中等,能有效检验学生对知识点的综合运用能力。
【难度系数】
0.5
登录