2022年中考物理专题复习——热机与能量的转化与守恒

这是一份2022年中考物理专题复习——热机与能量的转化与守恒，共18页。

1.热机：利用内能做功的机械叫热机。
2.种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
3.内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
4.内燃机的工作原理
①汽油机：
吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；
压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；
做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；
排气冲程—靠惯性运动，排出废气。
②汽油机与柴油机主要区别：汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴；汽油机吸入汽油和空气的混合气体，柴油机吸入空气。柴油机比汽油机效率高。
5.能量的转化与守恒：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
6.在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体（具有方向性）。
7.不可能制造永动机的根本原因：违背了能量守恒定律。
8.热机效率：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
①公式：η=W有用／Q总。
②意义：热机效率是反映热机工作时，燃料利用率的物理量。
③由于热机工作时，不可避免的要有能量损失，所以热机效率总小于1。
【题型专练】
题型一：热机的工作原理
1.关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法：
①在吸气冲程中，都会吸入空气；
②在做功冲程中，是机械能转化为内能；
③只有做功冲程是燃气对外做功；
④汽油机和柴油机的点火方式相同；
以上说法中正确的是（ ）。
A．只有①②③B．只有①③C．只有②④D．只有②③④
2.如图所示热机工作示意图，下列说法中正确的是（ ）。
A．该冲程是做功冲程； B．该冲程机械能转化为内能；
C．这种汽车对环境没有污染；D．此发动机的效率可达90%
3.如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ）。
A．压缩冲程，将化学能转化成内能；B．压缩冲程，将机械能转化成内能；
C．做功冲程，将内能转化成机械能；D．做功冲程，将机械能转化成内能
4.小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（ ）。
A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气；
B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高；
C．汽油机的点火方式是压燃式；
D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能
5.双手相互摩擦时感觉发热，这一过程的能量转化与四冲程汽油机的哪个冲程相同（ ）。
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
6.如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（ ）。
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
7.如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的________能转化为塞子的机械能。四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同。
8.如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于______冲程，该冲程将机械能转化为______能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功______次。
9.如图所示，用酒精灯对试管里的水进行加热，水沸腾后，水蒸气推动软木塞使其迅速冲出管口，在软木塞被推出的过程中，能量转化情况与四冲程汽油机的______冲程相同，管口出现了白雾，这是______（填物态变化名称）现象。
10.如图所示的是四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在_______冲程；为了降低汽油机内汽缸的温度，汽缸外有一个水箱将汽缸包围住，这是通过____________的方式减少汽缸的内能。
11.如图所示，一配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，当迅速压下活塞时，可看见桶内棉花燃烧起来。这是通过 的方式使玻璃筒内的空气 增加、温度升高的。从能量转化的角度看，汽油机工作时 冲程与该图实验相同。
12.内燃机一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，实现将机械能转化为内能的是 冲程，选择水作为发动机的冷却液，是利用水的 较大的特点。一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每分钟对外做了 次功。
13.如图甲所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，若他及时捡拾起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比 （选填“变高”、“变低”或“没有变化”），发生的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化是一致的。
14.如图所示是汽油机的 冲程。在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来，其能量转化与汽油机的 冲程相同。汽油机的转速为3000r/mim，则1s内汽油机对外做功 次。
题型二：能量的转化与守恒
1.某同学站立在匀速上升的电梯里，则此过程中（ ）。
A．人的动能转化为其重力势能；
B．人的机械能总量保持不变；
C．电梯对人的支持力做功为零；
D．电能转化为机械能
2.下列常见的现象中，能量转化的描述正确的是（ ）。
A．弯折铁丝﹣机械能转化为内能；B．保温瓶的瓶盖蹦起﹣内能转化为机械能；
C．燃料燃烧﹣化学能转化为内能；D．干电池供电﹣电能转化为化学能
3.关于能量，下列说法错误的是（ ）
A. 常见的能量有机械能、内能、电能、光能等形式B. 各种形式的能量间可以相互转化
C. 随着科技的发展，永动机将会发挥巨大的作用D. 能量间的转化遵循能量守恒定律
4.生活中能量转化的实例很多，下列描述中正确的是（ ）
A. 摩擦起电是把电能转化为机械能
B. 摩擦生热是把机械能转化为内能
C. 电动机带动水泵把水送到高处是把机械能转化为电能
D. 燃料燃烧放热是把内能转化为化学能
5.有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（ ）。
A．装置所具有的机械能始终不变；
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来；
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去；
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
6.如图所示，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将试管塞冲向空中。在这个过程中，能量转化的顺序为（ ）。
A．内能﹣机械能﹣化学能B．化学能﹣内能﹣机械能
C．机械能﹣内能﹣化学能D．内能﹣化学能﹣机械能
7.2021年5月29日，我国用长征7号运载火箭成功发射了天舟二号货运飞船，5月30日，天舟二号货运飞船与中国空间站的天和核心仓完成了交会对接。下列说法正确的是（ ）。
A．天舟二号货运飞船加速上升过程中机械能守恒；
B．天舟二号货运飞船加速上升过程中动能转化为重力势能；
C．天舟二号货运飞船加速上升过程中重力势能转化为动能；
D．对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心仓处于相对静止状态
8.如图是十三世纪法国亨内考设计的“魔轮”，轮子边缘上通过可以自由转动的铰链等距安装了12个相同的活动短杆，杆端分别套上一个相同重球，他认为由于右侧重球距离转轴较远，也即重力的______较大，转轮会沿顺时针方向越转越快，其实根据______的原理，无需精确测量就能判定他的这一设想是不能实现的。
9.如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。
10.众所周知，能量会从_____高的物体转移到______低的物体 ；由于摩擦总会有一些机械能转化为内能散失到空气中，但散失到空气中的内能不可能自动地再转化为机械能。这是因为能量的转化或转移具有。
11.物体的内能与物体质量、温度、形态________（选填“有”或“无”）关，与物体运动速度及位置高度无关。改变物体内能的方法有做功和热传递。它们在改变物体内能上是________的；提高燃料利用率的途径：一是让燃料尽可能地完全燃烧；二是要减少热量________。
12.如图所示是一款新型的蜡烛烛台，它有个塑料管道，可以在蜡烛燃烧的同时回收蜡油，管道中还放置一根烛芯，在几根蜡烛燃烧之后，就可以得到一根新蜡烛。蜡烛燃烧的过程中， 能转化为 能，在塑料管道中形成新蜡烛的过程是 热过程。（选填“吸”或“放”）
13.如图所示，向盒中滴入几滴酒精后就闻到了酒精的气味，酒精发生的物态变化是______，将盒盖盖紧后启动电火花发生器，盒盖向外飞出，这说明了力可以改变物体的______，此过程中______能转化成______能。
题型三：热机效率的计算
1.氢燃料具有清洁无污染效率高、能量密度大等优点，被认为是21世纪最理想的能源，如图所示是氢燃料新能源公交车，该公交车以140kW的恒定功率匀速直线行驶3km，消耗氢燃料0.6kg，公交车发动机的效率为50%，求这一过程中：（q氧＝1.4×108J/kg）
（1）公交车所受的牵引力；
（2）公交车行驶的时间
（3）公交车行驶的速度
2.为了测试某国产汽车发动机的效率，测试员开车在一水平路面上匀速行驶了11.5km，消耗汽油1kg。已知汽油的热值为3.3×107J/kg，汽车匀速行驶时发动机的牵引力是1000N。求：
(1)完全燃烧这些汽油放出的热量是多少？
(2)汽车发动机牵引力做的功是多少？
(3)该汽车发动机的效率多大？
3.新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手，2020年2月8日，陆良县捐赠的时鲜蔬菜运往武汉（如图），一辆货车满载后总质量是6.0×103kg，在平直的公路上匀速行驶100km耗油20kg，若货车受到的平均阻力是总重力的0.05倍，轮胎与地面的接触总面积为0.6m2（汽油的热值是5.0×107J/kg）。求：
（1）货车静止时对地面的压强；
（2）货车的牵引力所做的功；
（3）货车发动机的效率。
4.近年来，我国汽车产业进步显著，有些国产汽车已完全可以与洋品牌不相上下。有一款自主品牌轿车在高速公路上以某一速度匀速行驶时，实验测得，它受到阻力是828N，行驶100km消耗汽油6kg．已知汽油的热值为4.6×107J/kg．求：
（1）完全燃烧6kg的汽油能放出多少热量？
（2）汽车在此路段行驶时燃油综合效率是多少？
5.“五·一”期间，爸爸开车带着李兵从市区出发到城郊旅游，爸爸开车带着李兵出去游玩，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积为0.09m2，当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为1200N，效率为30%，汽油的热值为4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧，g取10N/kg）．求：
（1）汽车静止时对路面的压强。
（2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率。
（3）若汽车按照这种方式行驶，这次旅行全程往返270km，李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg？
6.一辆小轿车，质量为1.8 t，车轮与地面总接触面积为1 000 cm2，小轿车发动机的效率是20%，它在平直公路上匀速行驶时的牵引力为644 N(空气阻力不计，汽油热值q＝4.6×107 J/kg, g取10 N/kg)．求：
(1)该小轿车静止时对水平地面的压强．
(2)该小轿车在平直公路上匀速行驶100 km消耗汽油的质量．
7.发动机的效率是汽车经济性能的重要指标。若某品牌汽车在平直公路上以25m/s的速度匀速行驶105m，汽车克服阻力做功的功率为2×104W，耗油量为5kg.（汽油的热值为q=4.0×107J/Kg)求：
(1)这些汽油完全燃绕后释放的热量；（2）汽车所受的阻力；(3)该汽车发功机的效率.
8.如图所示，726型气垫登陆艇是我国自行研制的新型中型气垫船，该型艇可以登陆珊瑚岛礁作战，基本上解决了南海海域的从舰到岸的近距离两栖登陆作战问题，增强海军的两栖登陆作战能力，已知登陆艇满载时质量为1.8×105kg。（柴油机的效率为36%，柴油的热值q柴油=4×107J/kg，g取10N/kg）
（1）该艇满载时停在水平地面上，与地面间的总接触面积为80m2 ， 那么它对地面的压强为多少？
（2）该型艇静止在水面上，启动时能把船身抬高2m，则抬高一次需要消耗多少千克柴油？
（3）该型艇最大速度是35m/s，若此时受到的阻力始终为7×104N，则推力的功率为多少？
9.2020年7月29日上午,郑州南站枢纽工程正式开工.河南米字形高铁建设又迈出了重要一步,这也意味着郑州正式迈入“一城五站”新时代.郑州南站枢纽工程和我省米字形铁路网建设,必将推动郑州国际性枢纽城市和国家中心城市发展,完善我省现代综合交通体系开工当日数台挖掘机奔赴现场同时作业如图所示为某型号的挖掘机,空载时总质量为8t,每条履带与地面的接触面积为2m2,它以36km/h的速度匀速行驶了2h,消耗了40kg的柴油(g取10N/kg,柴油的热值为4×107J/kg)
(1)空载时挖掘机静止在水平地面上,对地面的压强是多少
(2)挖掘机以36km/h速度行驶时所受阻力为车重的0.2倍,求牵引力做功的功率
(3)求该挖掘机的效率
10.我国第二艘航空母舰已经正式下水服役。该航母满载时的排水量达6.4×104t，可搭载40架舰载机，每架舰载机的质量约为20t，静止时轮胎与甲板的总接触面积为0.5m2。航母的动力是由蒸汽轮机提供，最大功率可以达到3×104kW（海水密度ρ＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）：
（1）为了使舰载机更易于起飞， 航母最好 （选填“逆风”或“顺风”）航行；
（2）舰载机静止在甲板上时对甲板的压强是多少？
（3）若航母以15m/s的速度匀速直线航行540km，蒸汽轮机的功率为2.0×104kW， 消耗燃油72t，蒸汽轮机的效率为多少？（燃油的热值取4.0×107J/kg）
（4）40架舰载机全部起飞后，该航母的排水量是否发生变化，为什么？
2022年中考物理专题复习——热机与能量的转化与守恒参考答案
【考点梳理】
1.热机：利用内能做功的机械叫热机。
2.种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。
3.内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
4.内燃机的工作原理
①汽油机：
吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物；
压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高；
做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能；
排气冲程—靠惯性运动，排出废气。
②汽油机与柴油机主要区别：汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴；汽油机吸入汽油和空气的混合气体，柴油机吸入空气。柴油机比汽油机效率高。
5.能量的转化与守恒：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
6.在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体（具有方向性）。
7.不可能制造永动机的根本原因：违背了能量守恒定律。
8.热机效率：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
①公式：η=W有用／Q总。
②意义：热机效率是反映热机工作时，燃料利用率的物理量。
③由于热机工作时，不可避免的要有能量损失，所以热机效率总小于1。
【题型专练】
题型一：热机的工作原理
1.关于四冲程汽油机和柴油机的工作过程有以下几种说法：
①在吸气冲程中，都会吸入空气；
②在做功冲程中，是机械能转化为内能；
③只有做功冲程是燃气对外做功；
④汽油机和柴油机的点火方式相同；
以上说法中正确的是（ ）。
A．只有①②③B．只有①③C．只有②④D．只有②③④
【答案】B。
2.如图所示热机工作示意图，下列说法中正确的是（ ）。
A．该冲程是做功冲程； B．该冲程机械能转化为内能；
C．这种汽车对环境没有污染；D．此发动机的效率可达90%
【答案】B。
3.如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ）。
A．压缩冲程，将化学能转化成内能；B．压缩冲程，将机械能转化成内能；
C．做功冲程，将内能转化成机械能；D．做功冲程，将机械能转化成内能
【答案】B。
4.小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（ ）。
A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气；
B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高；
C．汽油机的点火方式是压燃式；
D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能
【答案】D。
5.双手相互摩擦时感觉发热，这一过程的能量转化与四冲程汽油机的哪个冲程相同（ ）。
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【答案】B。
6.如图所示是某四冲程汽油机工作循环中的一个冲程，它是（ ）。
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【答案】B。
7.如图所示试管内水蒸气将塞子推出的过程，水蒸气的________能转化为塞子的机械能。四冲程汽油机工作过程中的________冲程与上述能量转化过程相同。
【答案】内；做功。
8.如图是四冲程汽油机的某个冲程，由图可看出它正处于______冲程，该冲程将机械能转化为______能，若该汽油机飞轮的转速是60r/s，则汽油机每秒钟对外做功______次。
【答案】压缩；内；30.
9.如图所示，用酒精灯对试管里的水进行加热，水沸腾后，水蒸气推动软木塞使其迅速冲出管口，在软木塞被推出的过程中，能量转化情况与四冲程汽油机的______冲程相同，管口出现了白雾，这是______（填物态变化名称）现象。
【答案】做功；液化。
10.如图所示的是四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在_______冲程；为了降低汽油机内汽缸的温度，汽缸外有一个水箱将汽缸包围住，这是通过____________的方式减少汽缸的内能。
【答案】压缩；热传递。
11.如图所示，一配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，当迅速压下活塞时，可看见桶内棉花燃烧起来。这是通过 的方式使玻璃筒内的空气 增加、温度升高的。从能量转化的角度看，汽油机工作时 冲程与该图实验相同。
【答案】做功；内能；压缩。
12.内燃机一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，实现将机械能转化为内能的是 冲程，选择水作为发动机的冷却液，是利用水的 较大的特点。一台单缸四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每分钟对外做了 次功。
【答案】压缩；比热容；900。
13.如图甲所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去，若他及时捡拾起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比 （选填“变高”、“变低”或“没有变化”），发生的能量转化与汽油机的 冲程的能量转化是一致的。
【答案】变低；做功。
14.如图所示是汽油机的 冲程。在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压，棉絮燃烧起来，其能量转化与汽油机的 冲程相同。汽油机的转速为3000r/mim，则1s内汽油机对外做功 次。
【答案】做功；压缩； 25。
题型二：能量的转化与守恒
1.某同学站立在匀速上升的电梯里，则此过程中（ ）。
A．人的动能转化为其重力势能；
B．人的机械能总量保持不变；
C．电梯对人的支持力做功为零；
D．电能转化为机械能
【答案】D。
2.下列常见的现象中，能量转化的描述正确的是（ ）。
A．弯折铁丝﹣机械能转化为内能；B．保温瓶的瓶盖蹦起﹣内能转化为机械能；
C．燃料燃烧﹣化学能转化为内能；D．干电池供电﹣电能转化为化学能
【答案】ABC。
3.关于能量，下列说法错误的是（ ）
A. 常见的能量有机械能、内能、电能、光能等形式B. 各种形式的能量间可以相互转化
C. 随着科技的发展，永动机将会发挥巨大的作用D. 能量间的转化遵循能量守恒定律
【答案】C
4.生活中能量转化的实例很多，下列描述中正确的是（ ）
A. 摩擦起电是把电能转化为机械能
B. 摩擦生热是把机械能转化为内能
C. 电动机带动水泵把水送到高处是把机械能转化为电能
D. 燃料燃烧放热是把内能转化为化学能
【答案】B
5.有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（ ）。
A．装置所具有的机械能始终不变；
B．如果没有能量补充，装置最终会停下来；
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去；
D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化
【答案】B。
6.如图所示，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将试管塞冲向空中。在这个过程中，能量转化的顺序为（ ）。
A．内能﹣机械能﹣化学能B．化学能﹣内能﹣机械能
C．机械能﹣内能﹣化学能D．内能﹣化学能﹣机械能
【答案】B。
7.2021年5月29日，我国用长征7号运载火箭成功发射了天舟二号货运飞船，5月30日，天舟二号货运飞船与中国空间站的天和核心仓完成了交会对接。下列说法正确的是（ ）。
A．天舟二号货运飞船加速上升过程中机械能守恒；
B．天舟二号货运飞船加速上升过程中动能转化为重力势能；
C．天舟二号货运飞船加速上升过程中重力势能转化为动能；
D．对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心仓处于相对静止状态
【答案】D。
8.如图是十三世纪法国亨内考设计的“魔轮”，轮子边缘上通过可以自由转动的铰链等距安装了12个相同的活动短杆，杆端分别套上一个相同重球，他认为由于右侧重球距离转轴较远，也即重力的______较大，转轮会沿顺时针方向越转越快，其实根据______的原理，无需精确测量就能判定他的这一设想是不能实现的。
【答案】力臂；能量守恒。
9.如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的______大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】热值；内；不守恒。
10.众所周知，能量会从_____高的物体转移到______低的物体 ；由于摩擦总会有一些机械能转化为内能散失到空气中，但散失到空气中的内能不可能自动地再转化为机械能。这是因为能量的转化或转移具有。
【答案】温度 温度 方向性
11.物体的内能与物体质量、温度、形态________（选填“有”或“无”）关，与物体运动速度及位置高度无关。改变物体内能的方法有做功和热传递。它们在改变物体内能上是________的；提高燃料利用率的途径：一是让燃料尽可能地完全燃烧；二是要减少热量________。
【答案】 有；等效；损耗
12.如图所示是一款新型的蜡烛烛台，它有个塑料管道，可以在蜡烛燃烧的同时回收蜡油，管道中还放置一根烛芯，在几根蜡烛燃烧之后，就可以得到一根新蜡烛。蜡烛燃烧的过程中， 能转化为 能，在塑料管道中形成新蜡烛的过程是 热过程。（选填“吸”或“放”）
【答案】化学；内；放。
13.如图所示，向盒中滴入几滴酒精后就闻到了酒精的气味，酒精发生的物态变化是______，将盒盖盖紧后启动电火花发生器，盒盖向外飞出，这说明了力可以改变物体的______，此过程中______能转化成______能。
【答案】 ①. 汽化 ②. 运动状态 ③. 内 ④. 机械
题型三：热机效率的计算
1.氢燃料具有清洁无污染效率高、能量密度大等优点，被认为是21世纪最理想的能源，如图所示是氢燃料新能源公交车，该公交车以140kW的恒定功率匀速直线行驶3km，消耗氢燃料0.6kg，公交车发动机的效率为50%，求这一过程中：（q氧＝1.4×108J/kg）
（1）公交车所受的牵引力；
（2）公交车行驶的时间
（3）公交车行驶的速度
【答案】解：（1）氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q＝mq氧＝0.6kg×1.4×108J/kg＝8.4×107J，
根据η＝×100%可得，牵引力做的功：
W＝ηQ＝50%×8.4×107J＝4.2×107J，
根据W＝Fs可得，公交车所受的牵引力：
F＝＝＝1.4×104N。
（2）根据P＝可得，公交车行驶的时间：
t＝＝＝300s。
（3）公交车行驶的速度：
v＝＝＝10m/s。
答：（1）公交车所受的牵引力1.4×104N；
（2）公交车行驶的时间300s；
（3）公交车行驶的速度10m/s。
2.为了测试某国产汽车发动机的效率，测试员开车在一水平路面上匀速行驶了11.5km，消耗汽油1kg。已知汽油的热值为3.3×107J/kg，汽车匀速行驶时发动机的牵引力是1000N。求：
(1)完全燃烧这些汽油放出的热量是多少？
(2)汽车发动机牵引力做的功是多少？
(3)该汽车发动机的效率多大？
【答案】(1)；(2)； (3)
3.新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手，2020年2月8日，陆良县捐赠的时鲜蔬菜运往武汉（如图），一辆货车满载后总质量是6.0×103kg，在平直的公路上匀速行驶100km耗油20kg，若货车受到的平均阻力是总重力的0.05倍，轮胎与地面的接触总面积为0.6m2（汽油的热值是5.0×107J/kg）。求：
（1）货车静止时对地面的压强；
（2）货车的牵引力所做的功；
（3）货车发动机的效率。
【答案】解：（1）货车满载后受到的总重力：
G＝mg＝6.0×103kg×10N/kg＝6.0×104N，
货车满载时对地面的压力：
F压＝G＝6.0×104N，
货车满载时对地面的压强：
p＝＝＝1×105Pa；
（2）货车受到的平均阻力：
f＝0.05G＝0.05×6.0×104N＝3×103N
货车匀速行驶，受力平衡，故牵引力：
F＝f＝3×103N；
货车牵引力做的功：
W＝Fs＝3×103N×100×103m＝3×108J；
（3）货车消耗的汽油完全燃烧释放的热量：
Q放＝m′q＝20kg×5.0×107J/kg＝1×109J，
货车发动机的效率：
η＝×100%＝×100%＝30%。
答：（1）货车满载时对地面的压强为1×105Pa；
（2）货车的牵引力所做的功为3×108J；
（3）货车发动机的效率为30%。
4.近年来，我国汽车产业进步显著，有些国产汽车已完全可以与洋品牌不相上下。有一款自主品牌轿车在高速公路上以某一速度匀速行驶时，实验测得，它受到阻力是828N，行驶100km消耗汽油6kg．已知汽油的热值为4.6×107J/kg．求：
（1）完全燃烧6kg的汽油能放出多少热量？
（2）汽车在此路段行驶时燃油综合效率是多少？
【答案】解：（1）完全燃烧6kg的汽油能放出的热量：
Q放＝mq＝6kg×4.6×107J/kg＝2.76×108J；
（2）轿车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
则轿车受到的牵引力F＝f＝828N，
轿车行驶100km牵引力做的功：
W＝Fs＝828N×100×103m＝8.28×107J，
汽车在此路段行驶时燃油综合效率：
η＝×100%＝×100%＝30%。
答：（1）完全燃烧6kg的汽油能放出2.76×108J的热量；
（2）汽车在此路段行驶时燃油综合效率是30%。
5.“五·一”期间，爸爸开车带着李兵从市区出发到城郊旅游，爸爸开车带着李兵出去游玩，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积为0.09m2，当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为1200N，效率为30%，汽油的热值为4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧，g取10N/kg）．求：
（1）汽车静止时对路面的压强。
（2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率。
（3）若汽车按照这种方式行驶，这次旅行全程往返270km，李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg？
【答案】解：（2分）（1）汽车对地面的压力为
F=G=mg=1.8×103kg×10N/kg=1.8×104N
汽车对地面的压强为：P===2×105Pa．
（2分）（2）汽车行驶的速度为：v=90km/h=25m/s
汽车牵引力的功率为：P=Fv=1200N×25m/s=3×104W．
（4分）（3）汽车牵引力所做的功为
W=FS=1200N×2.5×105m=3×108J
行驶过程中需要的热量为Q===1×109J
需要汽油m===21.74kg．
6.一辆小轿车，质量为1.8 t，车轮与地面总接触面积为1 000 cm2，小轿车发动机的效率是20%，它在平直公路上匀速行驶时的牵引力为644 N(空气阻力不计，汽油热值q＝4.6×107 J/kg, g取10 N/kg)．求：
(1)该小轿车静止时对水平地面的压强．
(2)该小轿车在平直公路上匀速行驶100 km消耗汽油的质量．
【答案】(1)小轿车静止时对水平地面的压力F＝G＝ mg＝1.8×103 kg×10 N/kg＝1.8×104 N，该小轿车静止时对水平地面的压强p＝eq \f(F,S)＝eq \f(1.8×104 N,1 000×10－4 m2)＝1.8×105 Pa. (2)牵引力做的有用功W有＝F牵s＝644 N×100×103 m＝6.44×107 J．由η＝eq \f(W有,W总)可得，W总＝eq \f(W有,η)＝eq \f(6.44×107 J,20%)＝3.22×108 J．由题意知，Q放＝W总＝3.22×108 J．由Q放＝mq可得，汽油的质量m汽油＝eq \f(Q放,q)＝eq \f(3.22×108 J,4.6×107 J/kg)＝7 kg.
7.发动机的效率是汽车经济性能的重要指标。若某品牌汽车在平直公路上以25m/s的速度匀速行驶105m，汽车克服阻力做功的功率为2×104W，耗油量为5kg.（汽油的热值为q=4.0×107J/Kg)求：
(1)这些汽油完全燃绕后释放的热量；（2）汽车所受的阻力；(3)该汽车发功机的效率.
【答案】（1）2.0×108 （2）800N （3）40%
8.如图所示，726型气垫登陆艇是我国自行研制的新型中型气垫船，该型艇可以登陆珊瑚岛礁作战，基本上解决了南海海域的从舰到岸的近距离两栖登陆作战问题，增强海军的两栖登陆作战能力，已知登陆艇满载时质量为1.8×105kg。（柴油机的效率为36%，柴油的热值q柴油=4×107J/kg，g取10N/kg）
（1）该艇满载时停在水平地面上，与地面间的总接触面积为80m2 ， 那么它对地面的压强为多少？
（2）该型艇静止在水面上，启动时能把船身抬高2m，则抬高一次需要消耗多少千克柴油？
（3）该型艇最大速度是35m/s，若此时受到的阻力始终为7×104N，则推力的功率为多少？
【答案】 （1）解：气垫船对水平地面的压力F压=G=m船g=1.8×105kg×10N/kg=1.8×106N
气垫船对水平地面的压强 p=F压S=1.8×106N80m2=2.25×104Pa
答：它对地面的压强为2.25×104Pa；
（2）解：船抬高所做的功W=Gh=1.8×106N×2m=3.6×106J
消耗的柴油燃烧放出的热量 Q=Wη=3.6×106J36%=1.0×107J
由Q=mq可得，柴油的质量 m=Qq柴油=1.0×107J4.0×107J/kg=0.25kg
答：抬高一次需要消耗0.25kg柴油；
（3）解：该型艇做匀速直线运动，所以F推=F阻=7.0×104N
气垫船推力的功率 P=F推v=7.0×104N×35m/s=2.45×106W
答：推力的功率为2.45×106W。
9.2020年7月29日上午,郑州南站枢纽工程正式开工.河南米字形高铁建设又迈出了重要一步,这也意味着郑州正式迈入“一城五站”新时代.郑州南站枢纽工程和我省米字形铁路网建设,必将推动郑州国际性枢纽城市和国家中心城市发展,完善我省现代综合交通体系开工当日数台挖掘机奔赴现场同时作业如图所示为某型号的挖掘机,空载时总质量为8t,每条履带与地面的接触面积为2m2,它以36km/h的速度匀速行驶了2h,消耗了40kg的柴油(g取10N/kg,柴油的热值为4×107J/kg)
(1)空载时挖掘机静止在水平地面上,对地面的压强是多少
(2)挖掘机以36km/h速度行驶时所受阻力为车重的0.2倍,求牵引力做功的功率
(3)求该挖掘机的效率
【答案】2×104 1.6×105 72%
10.我国第二艘航空母舰已经正式下水服役。该航母满载时的排水量达6.4×104t，可搭载40架舰载机，每架舰载机的质量约为20t，静止时轮胎与甲板的总接触面积为0.5m2。航母的动力是由蒸汽轮机提供，最大功率可以达到3×104kW（海水密度ρ＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）：
（1）为了使舰载机更易于起飞， 航母最好 （选填“逆风”或“顺风”）航行；
（2）舰载机静止在甲板上时对甲板的压强是多少？
（3）若航母以15m/s的速度匀速直线航行540km，蒸汽轮机的功率为2.0×104kW， 消耗燃油72t，蒸汽轮机的效率为多少？（燃油的热值取4.0×107J/kg）
（4）40架舰载机全部起飞后，该航母的排水量是否发生变化，为什么？
【答案】（1）（1分）逆风；
（2）（2分）舰载机静止在甲板上时对甲板的压强是：
p＝F/S＝G/S
＝mg/S（1分）
＝2×104kg×10（N/kg）/0.5m2
＝4×105Pa；（1分）
（3）（4分）航母以15m/s的速度匀速直线航行540km，所用时间：
t＝s/v（0.5分）
＝5.4×105m/15(m/s)
＝3.6×104s，（0.5分）
蒸汽轮机的有用功：
W有用＝Pt（0.5分）
＝2.0×107W×3.6×104s
＝7.2×1011J，（0.5分）
燃料燃烧放出的热量：
Q＝mq（0.5分）
＝7.2×104kg×4.0×107J/kg
＝28.8×1011J（0.5分）
蒸汽轮机的效率为：
η＝（W有用/Q）×100%（0.5分）
＝（7.2×1011J/28.8×1011J）×100%
＝25%。（0.5分）
（4）不变化（1分）；因为排水量是用来表示船舶尺度大小的重要指标，是船舶按设计的要求装满货物——满载时排开的水的质量。（1分）