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专题03 热机与热机效率- 2022-2023 九年级全一册物理《压轴挑战》培优专题训练（人教版）
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专题03 热机与热机效率压轴培优专题训练（解析版）
1．如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（ ）
A．图a中气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力
B．气缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小
C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图A所示的原理相似
D．汽油机一个工作循环的正确顺序是ABCD
【答案】C。
【解答】解：A是吸气冲程、B是压缩冲程、C是做功冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射装置是内能转化为机械能，与C图做功冲程相似；
AB、a图中，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，该过程中内能转化为机械能，燃气的内能减小，故AB正确；
C、蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，而图A中汽油机的进气门打开，排气门关闭，活塞向下移动，是汽油机的吸气冲程，与蒸汽弹射装置工作时的原理不同，故C错误；
D、四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机一个工作循环的正确顺序是ABCD，故D正确。
故选：C。
2．在公路上有一辆自动挡汽车和一台拖拉机发生故障，经检查都是蓄电池坏了，不能启动，有人建议，只要把它们推动以后就可以使发动机继续工作。你认为把它们推动以后（ ）
A．汽车和拖拉机仍能行驶
B．只有汽车可以继续行驶，拖拉机不能行驶
C．只有拖拉机可以继续行驶，汽车不能行驶
D．都不能行驶
【答案】C。
【解答】解：自动挡汽车内部是汽油机，其压缩冲程末需要火花塞点燃汽油和空气的混合物，完成做功冲程，蓄电池坏了，无法产生电火花不能点燃汽油，发动机无法工作；拖拉机内部是柴油机，其结构是喷油嘴，是压燃式点火，没有蓄电池也可以工作。所以蓄电池坏了拖拉机可以继续前进，而汽车不能。
故选：C。
3．单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图如图所示，下列关于这种内燃机一个工作循环的四个冲程的顺序排列正确的是 B
A．丙、丁、乙、甲
B．乙、丁、甲、丙
C．乙、甲、丁、丙
D．甲、乙、丙、丁
（2）某四冲程内燃机，飞轮转速为300转/分钟，活塞面积为120cm2，行程L是0.3米，假如做功冲程中燃气的平均压强是5×105Pa，求：
①做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
②一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
③内燃机的功率是多少？
【解答】解：
（1）甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，应该是第三个冲程﹣﹣做功冲程；
乙图中进气门打开，排气门关闭，应该是第一个冲程﹣﹣吸气冲程；
丙图中进气门关闭，排气门打开，应该是第四个冲程﹣﹣排气冲程；
丁图中两个气门都关闭，火花塞没有点火，此时活塞向上运动，应该是第二个冲程压缩冲程。
按照四个冲程的先后顺序应该是乙、丁、甲、丙。
故选B。
（2）①活塞的面积S＝120cm2＝0.012m2，
由p＝得做功冲程中燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝5×105Pa×0.012m2＝6000N；
（2）气体每次膨胀对活塞做功：
W′＝Fs＝6000N×0.3m＝1800J，
（3）300r/min表示每分钟曲轴转动300转，每两转对外做功一次，所以每分钟做功150次，
汽油机每分钟做的功：
W＝150W′＝150×1800J＝2.7×105J；
汽油机的功率：
P＝＝＝4500W。
答：（1）B；（2）①做功冲程中燃气对活塞的平均压力6000N；②一个做功冲程中燃气对活塞做的功1800J；③汽油机的功率4500W。
4．阅读下面的短文，回答问题
涡轮增压，是一种利用内燃机运作产生的废气驱动空气压缩机的技术。涡轮增压器利用发动机排出废气的惯性来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮压送由管道送来的空气，使之增压进入气缸。
汽车发动机的工作，多是靠燃料在发动机气缸内燃烧做功，从而对外输出功率。
涡轮增压的主要原理是采用专门的压气机先将气体进行压缩，再让气体进入气缸，这样提高了进入气缸气体的密度。空气的密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。
请回答下列问题：
（1）发动机排出废气的惯性只跟废气的 质量 有关。
（2）发动机消耗内能驱动汽车行驶的是 做功 冲程，该冲程将 内 能转化为 机械 能。
（3）吸入相同体积空气时，使用涡轮增压的汽车与普通汽车相比，牵引力可做的功更 多 。
（4）发动机排出的废气的能量 不能 （选填“能”或“不能”）全部转化为叶轮的机械能用以压缩空气。
【答案】（1）质量；（2）做功；内；机械；（3）多；（4）不能。
【解答】解：
（1）惯性大小只跟物体的质量大小有关，所以发动机排出废气的惯性只跟废气的质量有关；
（2）四冲程内燃机包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能，使汽车获得动力；
（3）“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而提高了热机效率，所以在吸入相同体积空气时，使用涡轮增压的汽车与普通汽车相比，牵引力可做的功更多；
（4）发动机排出的废气带动叶轮转动过程中，要克服摩擦力做功，机械能转化为内能，所以发动机排出的废气的能量不能全部转化为叶轮的机械能用以压缩空气。
故答案为：（1）质量；（2）做功；内；机械；（3）多；（4）不能。
5．在抵制日货运动中，小将同学家响应号召，购买了一辆国产轿车。汽车应用了许多物理知识。请你运用所学的物理知识解答下列问题：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机的做功冲程是将 内 能转化为 机械 能。
（2）小轿车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是为了使车内物体所成的 虚 像（选填“实”或“虚”）位于玻璃的上方，不妨碍司机视线。
（3）汽车发动机是用水作冷却剂的，这是利用了水的 比热容 的性质；冬天，小将的父亲开车行驶在路上，不一会儿汽车挡风玻璃的内侧出现了一层“白雾”，为了尽快消除“白雾”，你认为应该开启空调的 热 （填“冷”或“热”）风。
（4）有的轿车车尾部安装一个“气流偏导器”，它是依据 流速大、压强小；流速小、压强大 的原理，当轿车高速行驶时，能产生较大的抓地力。
【答案】（1）内；机械；（2）虚；（3）比热容；热；（4）流速大、压强小；流速小、压强大。
【解答】解：（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能的过程；
（2）挡风玻璃相当于平面镜，因为平面镜成的像是虚像，所以挡风玻璃倾斜按装，是为了避免由于平面镜成像而使车内景物的像成在车的正前方，影响司机视线。
（3）和质量相同的其它物质相比，升高相同的温度，水吸热多，即：水的比热容大；汽车发动机用水作冷却剂就是利用水的这个特性；玻璃的雾气是由于车内空气中的水蒸气遇到温度较低的玻璃，放出热量液化形成的小水珠。对着车窗玻璃吹暖风，可使小水珠吸热加速蒸发，车窗玻璃就变清晰了
（4）当车高速行驶时，气流偏导器的上方空气流速小，压强大；下方空气流速大，压强小。空气对汽车向下的压强大于向上的压强，由此气体对汽车产生了一个向下的压力，使车更好的“抓”住地面。
故答案为：（1）内；机械；（2）虚；（3）比热容；热；（4）流速大、压强小；流速小、压强大；
6．阅读短文，回答问题：
从火车到火箭
生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机。在锅炉里把水烧成水蒸气，水蒸气在气缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用…
交通运输的发展迫切需要轻便的热机。于是，内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的，柴油机是1892年发明的。内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤，不但轻便，效率也提高了…
早期的飞机是由内燃机提供动力的。从上世纪40年代开始，飞机上越来越多的使用喷气发动机，它向后高速喷出气体，从而获得前进的动力。在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便…
根据材料内容，请在答题卡上回答下列问题：
（1）在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的自身重力依次 减小 （选填“增大”或“减小”）。
（2）在结构上柴油机的顶部是喷油嘴，汽油机的顶部是 火花塞 。
（3）汽油机工作过程中燃料的化学能先转化为内能，内能再转化为 机械能 。
【答案】（1）减小；（2）火花塞；（3）机械能。
【解答】解：
（1）根据材料可知，在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的重力依次减小；
（2）柴油机和汽油机在构造上的主要区别是：柴油机顶部有喷油嘴，汽油机顶部有火花塞；
（3）汽油机工作过程中燃料的化学能先转化为内能，内能再转化为机械能。
故答案为：（1）减小；（2）火花塞；（3）机械能。
7．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（ ）
A．汽油机每秒内完成30个冲程
B．汽油机的功率为2025W
C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×107N
D．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J
【答案】B。
【解答】解：A、由四冲程汽油机工作过程知，完成一个工作循环，飞轮转动2周，完成4个冲程，对外做功1次，可知当飞轮1min转动1800周，即每秒钟转动30周，完成60个冲程。故A不正确；
BCD、由题可知，p＝9.0×105Pa，S＝30cm2＝3×10﹣3m2，
燃气对活塞的平均压力为：F＝pS＝9.0×105Pa×3×10﹣3m2＝2700N。故C不正确；
s＝50mm＝0.05m，
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝2700N×0.05m＝135J。故D不正确；
飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，
燃气对活塞做的总功为：W总＝W×900＝135J×900＝121500J，
而t＝1min＝60s，而t＝1min＝60s，
汽油机的功率为：P＝＝＝2025W。故B正确。
故选：B。
8．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600r/min，该柴油机1s对外做功 30 次。若某车匀速行驶2h消耗的汽油为5kg，汽车发动机的输出的功率为12kW，则汽车发动机对外做功 8.64×107 J，汽车发动机的效率为 37.6% （q汽油＝4.6×107J/kg，留一位小数）。
【答案】30；8.64×107；37.6%。
【解答】解：（1）若飞轮转速是3600r/min＝60r/s，表示每秒飞轮转动60圈，由于热机完成一个工作循环，飞轮转动2周，经过4个冲程，燃气对外做功1次，所以转动60圈经过30个工作循环，对外做功30次；
（2）由P＝得汽车的有用功：
W有＝Pt＝12×103W×2×3600s＝8.64×107J；
释放的能量：
Q＝qm′＝4.6×107J/kg×5kg＝2.3×108J；
发动机的效率：
η＝＝×100%≈37.6%。
故答案为：30；8.64×107；37.6%。
9．如图1为四缸四冲程发动机工作原理：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
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容积的总和，如图2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）在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 600 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＝ 1.2×106 Pa。
【答案】（1）600；（2）1.2×106。
【解答】解：（1）由P＝可知，发动机在1s内做功：W＝Pt＝120×103W×1s＝1.2×105J；
发动机有四个缸同时工作，每个缸1s内做功：W＝×1.2×105J＝3×104J；
又因为转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，所以1s内做功50次，
因此在每个做功冲程里，发动机做功：W′＝×3×104J＝600J。
（2）由W＝pV可得，燃气对活塞的压强：p＝＝＝1.2×106Pa。
故答案为：（1）600；（2）1.2×106。
10．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为5×10﹣3m2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为8×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦，汽油的热值为4.6×107J/kg），求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率。
（4）若1min内消耗汽油22.5g，该汽油机的效率。
【解答】解：
（1）根据p＝可知燃气对活塞的平均压力为：
F＝pS＝8×105Pa×5×10﹣3m2＝4000N；
（2）因为s＝50mm＝0.05m，
所以一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝4000N×0.05m＝200J；
（3）飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，
所以燃气对活塞做的总功为：
W总＝W×900＝200J×900＝180000J，
汽油机的功率为：
P＝＝＝3000W；
（4）这些汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝0.0225kg×4.6×107J/kg＝1035000J，
汽油机的效率：
η＝＝×100%≈17.4%。
答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为4000N；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为200J；
（3）汽油机的功率为3000W；
（4）该汽油机的效率为17.4%。
11．随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭。小林的爸爸最近也购买了一辆轿车。下表中列出该轿车的一些性能参数。
单车质量/kg
1600
发动机排量/L
2.0
燃料
92#汽油
水箱容量/L
5.0
（1）当该轿车汽油机的转速为3600r/min时，则在1s内汽油机对外做功的次数是 30 次，压缩冲程中将 机械 能转化为 内 能。
（2）“轿车不但要吃油，有时也要喝水”，用水冷却发动机是因为水的 比热容 大，在发动机开始工作后一段时间内，水箱中水的内能会 增加 （填“增加”或“减少”），这是通过 热传递 方式来改变内能的。
（3）轿车在上坡时，将挡位换成低速挡，以减小行驶的速度，这样做的目的是 D
A．安全 B．省油 C．减小摩擦 D．增大爬坡的牵引力
（4）小林通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：
速度/（km•h﹣1）
40
60
80
100
120
制动距离/m
8
18
50
72
根据表中数据所反映的规律，当轿车速度为80km/h时对应的制动距离是 32 m。
（5）小林通过上网查到了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示。小林又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况好，平均车速为100km/h，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km，参考图中的数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，每小时对外所做的有用功为 1.08×108 J，发动机的效率约为 32.6% 。（已知汽油的热值为4.6×107J/kg，密度为0.8×103kg/m3）
【答案】（1）30；机械；内；（2）比热容；增加；热传递；（3）D；（4）32；（5）1.08×108；32.6%。
【解答】解：（1）飞轮转速是3600r/min＝60r/s，因一个工作循环飞轮转2圈，做功一次，所以每秒可以做功30次；
在压缩冲程中，是机械能转化为内能；
（2）汽车发动机工作过程中，不可避免地产生很多热量，在质量和升高的温度相同时，水的比热最大，吸收的热量最多，冷却效果最好；
发动机工作过程中会产生热量，热量传递到水，使水的内能增加。这是通过热传递的方式改变内能的；
（3）由P＝＝＝Fv的变形式F＝可知，汽车的最大功率一定时，减小行驶速度时，可以获得更大的牵引力；
（4）通过对1、2、4、5的分析可知速度越大制动距离越大，即制动距离一定与速度有关，但明显不是正比关系，
故可以想到可能与速度的平方成正比，通过计算可知制动距离的确与速度的平方成正比：
则由＝解得：80km/h的制动距离为32m；
（5）由发动机输出特性曲线可知：发动机转速为2000r/min时，其输出功率约为30kW，
每小时对外所做的有用功：
W＝Pt＝30×103W×3600s＝1.08×108J；
行驶100km消耗的汽油是9L＝9dm3＝9×10﹣3m3，则完全燃烧释放的热量：
Q＝mq＝ρVq＝0.8×103kg/m3×9×10﹣3m3×4.6×107J/kg＝3.312×108J，
发动机的效率：
η＝×100%＝×100%≈32.6%。
故答案为：（1）30；机械；内；（2）比热容；增加；热传递；（3）D；（4）32；（5）1.08×108；32.6%。
12．图1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。
（1）发动机在做功冲程里，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 机械 能。
（2）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。
排量
2.0L
输出功率
120kW
转速
6000r/min
①该发动机在1s内做功 1.2×105 J，单缸排量V＝ 0.5 L。
②在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 600 J。
（3）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＝ 1.2×106 Pa．（1L＝10﹣3 m3）
（4）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，则燃气对活塞的压力F＝ pS ，燃气对活塞所做的功W＝ pSl ，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V＝ Sl ，故W＝pV。
【答案】（1）燃气；内；机械；（2）①1.2×105；0.5；②600；（3）1.2×106；（4）pS；pSl；Sl。
【解答】解：
（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；
（2）①根据P＝可知，
发动机在1s内做功：
W＝Pt＝120×103W×1s＝1.2×105J，
因为四缸总排量为2.0L，
所以单缸排量：V＝×2.0L＝0.5L，
②因为发动机在1s内做功1.2×105J，
发动机有四个缸同时工作，
所以每个缸1s内做功：
W＝×1.2×105J＝3×104J，
又因为转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，
所以1s内做功50次，
每个做功冲程做功：
W′＝×3×104J＝600J。
（3）因为W′＝pV，V＝0.5L＝0.5×10﹣3m3，
所以燃气对活塞的压强：p＝＝＝1.2×106Pa；
（4）根据p＝可知，
活塞受到的压力：
F＝pS，
因为在做功冲程，活塞移动的距离为l，发动机的单缸排量V＝Sl，
所以燃气对活塞所做的功：
W＝Fl＝pSl＝pS。
故答案为：（1）燃气；内；机械；（2）①1.2×105；0.5；②600；（3）1.2×106；（4）pS；pSl；Sl。
13．关于燃烧的热值，以下说法正确的是（ ）
A．燃烧的热值与燃料的种类有关系，与燃烧的质量和燃烧状况无关
B．燃烧1千克某种燃料放出的热量就是这种燃料的热值
C．燃料燃烧时，质量越大，热值越大
D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的大
【答案】A。
【解答】解：
A、燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关，故A正确；
B、燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值，必须是完全燃烧放出的热量，才是燃料的热值，故B错误；
C、热值与质量无关，只与燃料种类有关，故C错误；
D、燃料不完全燃烧时放出的热量不能称之为热值，故D错误。
故选：A。
14．如表中列出几种燃料的热值，单位是J/kg，我国航天事业用氢气作燃料是因为氢气的 热值 大，放出2.8×108J热量需要完全燃烧 2 kg氢气，相当于完全燃烧 23.3 kg干木柴。
干木柴
无烟煤
酒精
煤油
氢气
1.2×107
3.4×107
3.0×107
4.6×107
1.4×108J/m3
【答案】热值；2；23.3。
【解答】解：根据表格中数据可知氢气的热值大，且燃烧后对环境无污染；
由Q放＝mq得，
需要氢气的质量：m氢气＝＝＝2kg；
需要干木材的质量：m干木材＝＝23.3kg。
故答案为：热值；2；23.3。
15．如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同。
（1）比较不同燃料的热值应选择 BC 两个装置，比较不同物质的比热容应选择 AB 两个装置（选填装置序号A、B、C）。
（2）在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察温度计的 示数变化 比较燃料燃烧放出热量的多少。已知酒精的热值为3.0×107J/kg，10g酒精完全燃烧放出的热量是 3.0×105 J。
（3）水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），它的含义是 1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J 。
【答案】（1）BC；AB；（2）示数变化；3×105；（3）1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
【解答】解：（1）为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择BC两图进行实验；
为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系，应选择AB两图进行实验；
（2）燃料完全燃烧放出的热量的多少，是通过温度计示数的变化来反应。
m＝10g＝10×10﹣3kg，
酒精完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝10×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝3.0×105J。
（3）水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），它的物理含义是1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J；
故答案为：（1）BC；AB；（2）示数变化；3×105；（3）1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
16．某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3．试求：
（1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？
（2）水吸收的热量是多少？该热水器烧水的效率是多少？
（3）如果完全燃烧0.21m3天然气放出的热量的70%用来对小轿车做功，以1000N的动力进行牵引，可使轿车行驶多远？（天然气的热值为3.2×107J/m3。）
【解答】解：
（1）0.21m3煤气完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq＝0.21m3×4×107J/m3＝8.4×106J；
（2）水吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（60℃﹣10℃）＝4.2×106J；
该热水器烧水的效率：
η＝＝×100%＝50%；
（3）0.21m3天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq＝0.21m3×3.2×107J/m3＝6.72×106J；
根据η＝可知小轿车做功：
W＝ηQ放＝70%×6.72×106J＝4.704×106J；
根据W＝Fs可知轿车行驶的距离为：
s＝＝＝4704m。
答：（1）煤气完全燃烧放出的热量是8.4×106J；
（2）水吸收的热量是4.2×106J；该热水器烧水的效率是50%；
（3）轿车行驶的距离为4704m。
17．2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功。实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染、储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按10倍计算。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）；天然气的热值q＝7×107J/m3），求：
（1）体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？
（2）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，则水升高的温度是多少？
【解答】解：
（1）由题意可得，可燃冰的热值：
q可燃冰＝10q天然气＝10×7.0×107J/m3＝7.0×108J/m3；
0.01m3“可燃冰”完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq可燃冰＝0.01m3×7.0×108J/m3＝7.0×106J；
（2）由η＝得被水吸收的热量：
Q吸＝ηQ放＝90%×7.0×106J＝6.3×106J；
由Q吸＝cm△t可得水升高的温度：
△t＝＝＝15℃。
答：
（1）0.1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为7.0×106J；
（2）水升高度的温度是15℃
18．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给100kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤的热值约为3×107J/kg。求：
（1）煤完全燃烧产生的热量：
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量；
（3）煤炉烧水时的热效率。
（4）就小火炉的使用，谈谈你的看法： 小火炉的热效率太低，能源利用率低 （写出一点即可）。
【解答】解：
（1）2kg煤完全燃烧产生的热量Q放＝mq＝2kg×3×107J/kg＝6×107J；
（2）水所吸收的热量Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（80℃﹣20℃）＝2.52×107J；
（3）煤炉烧水时的热效率η＝＝×100%＝42%。
（4）家用煤炉效率较低，原因是：煤炭不容易完全燃烧、热量散失到空气中、废气带走很大一部分热量等。
答：
（1）煤完全燃烧产生的热量为6×107J；
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量为2.52×107J；
（3）煤炉烧水时的热效率为42%；
（4）小火炉的热效率太低，能源利用率低。
19．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW．若小汽车行驶的路程为108km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25%．则关于小汽车在这段路程中，下列说法不正确的是（ ）
A．运动的时间为1.5h
B．发动机所做的功为1.08×105kJ
C．汽车所受的阻力为1000N
D．消耗汽油的质量为5kg
【答案】D。
【解答】解：
A、根据公式v＝可知，汽车的运动时间为：t＝＝＝1.5h＝5400s，故A正确；
B、发动机所做的功为：W＝Pt＝20000W×5400s＝1.08×108J＝1.08×105kJ，故B正确；
C、汽车的速度v＝72km/h＝20m/s，根据公式P＝＝Fv可知，汽车的牵引力：F＝＝＝1000N，根据二力平衡的条件汽车汽车所受的阻力为f＝F＝1000N，故C正确；
D、汽油完全燃烧释放的热量Q＝mq，又因为Q＝，所以m＝＝＝≈9.4kg，故D错误。
故选：D。
20．小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶1小时至少需要 12 L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）；若行驶的速度为72km/h，则汽车受到的阻力为 1750 N
【答案】12；1750。
【解答】解：（1）小汽车以额定功率匀速直线行驶1h牵引力所做的功：
W＝Pt＝3.5×104W×3600s＝1.26×108J，
完全燃烧汽油放出热量Q放＝Vq，
小汽车发动机的效率η＝，
所以ηQ放＝W，
ηVq＝W，
V＝＝＝12L；
（2）因为72km/h＝20m/s，
由W＝Fs得汽车发动机的牵引力：
F＝＝＝1750N，
因为汽车在平直公路上匀速行驶，
所以汽车受到的阻力：f＝F＝1750N；
故答案为：12；1750。
21．汽车的心脏是发动机，其重要组成部分是内燃机，它在工作时能量转化情况为（内能转化为机械能）。我国汽车保有量在迅速增长，截至2017年，我国处于使用状态的汽车数量已突破3亿辆。每辆汽车每年耗油1.8吨，汽车内燃机的效率平均取值30%．如果能把内燃机效率提高6%，我国每年可以节约燃油 9×107 t（煤油的热值为4.6×107J/kg）。
【答案】9×107。
【解答】解：因为内燃机效率提高6%，
所以此时内燃机的效率：η2＝η1+6%＝30%+6%＝36%；
由η＝＝可得：W有用＝ηqm，
因为内燃机效率提高后有用功是相同的，
所以每辆汽车的有用功：η1qm1＝η2qm2，
则m2＝m1，
则每辆汽车每年节约燃油：
△m＝m1﹣m2＝m1﹣m1＝（1﹣）m1＝（1﹣）×1.8t＝0.3t；
所以我国可以节约的燃油：
△m总＝n△m＝3×108×0.3t＝9×107t；
故答案为：9×107。
22．某款国产插电混动汽车，汽油发动机既可向车轮提供动力，又可向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过驱动电机向车轮输送。整车质量（含驾驶员）为1.8t，搭载电池电量为18.75kW•h，纯电行驶时效率约为80%，利用汽油发动机行驶时热机平均效率约为30%，在平直的公路上以72km/h的速度匀速行驶，受到的阻力为总重的k＝0.03倍。汽油热值约为q＝4.5×107J/kg，g＝10N/kg，求此时：
（1）汽车需要的牵引力；
（2）以纯电行驶时，假如电池从满电到耗尽电量，可以行驶的最大路程；
（3）车辆行驶（2）中相同路程，如果以汽油发动机行驶时，需要燃烧的汽油质量。
【解答】解：（1）汽车匀速行驶时，牵引力等于阻力，则牵引力为：F＝f＝kG＝0.03mg＝0.03×1.8×103kg×10N/kg＝540N；
（2）电池从满电到耗尽电量消耗的能量为：W＝18.75kw•h＝18.75×3.6×106J＝6.75×107J，
做的有用功为：W有＝W×80%＝6.75×107×80%＝5.4×107J，
行驶的路程为：s＝＝＝105m＝100km；
（3）汽车行驶100km，如果以汽油发动机行驶需要消耗的能量：Q＝＝＝1.8×108J，
需要燃烧的汽油质量：m＝＝＝4kg。
答：（1）汽车需要的牵引力是540N；
（2）汽车以纯电行驶从满电到耗尽电量可以行驶的最大路程是100km；
（3）汽车以汽油发动机行驶（2）中相同路程时，需要燃烧的汽油质量是4kg。
23．近年来，我国汽车工业发展迅猛，各种新型汽车不断投放市场。如图所示是我省自行研制的QQ小汽车的单缸四冲程内燃机，在1min内曲轴转动2600圈，做功冲程推动活塞一次做功1500J，在这段时间内，气缸内共燃烧汽油0.1kg．【汽油的热值为4.6×107J/kg】请你算出：
（1）消耗完汽油时，内燃机获得的内能为多少？
（2）1min内，对活塞做功的功率是多少？
（3）已知内燃机的效率η＝W/Q×100%（式中W为燃料燃烧对活塞做功，Q为它在这段时间内所消耗的柴油完全燃烧所产生的热量），则该内燃机正常工作时的效率约为多少？
【解答】解：（1）消耗完汽油时，内燃机获得的总能量：
Q＝mq＝0.1kg×4.6×107J/kg＝4.6×106J；
（2）由于在1min内曲轴转动2600圈，则内燃机对外做功1300次，
对活塞做的功：W＝1500J×1300＝1.95×106J；
对活塞做功的功率：P＝＝＝3.25×104W；
（3）该内燃机正常工作时的效率：η＝×100%＝×100%≈42.4%。
答：（1）消耗完汽油时，内燃机获得的总能量为4.6×106J；
（2）内燃机对外所做的功率是3.25×104W；
（3）该内燃机正常工作时的效率约为42.4%。
24．百公里油耗指的是汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量，是汽车耗油量的一个衡量指标。由于多数车辆在90公里/时接近经济车速，因此大多对外公布的理论油耗通常为90公里/小时的百公里匀速油耗。经出厂测试，某品牌汽车百公里理论油耗为8L，汽车发动机的输出功率为23kW（已知汽油的密度为0.75×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg）。试求：
（1）8L汽油完全燃烧放出的热量；
（2）测试时间内发动机所做的功；
（3）该品牌汽车发动机的热机效率。
【解答】解：（1）汽车百公里耗油的体积：V＝8L＝8×10﹣3m3，
由ρ＝得，汽油的质量：m＝ρV＝0.75×103kg/m3×8×10﹣3m3＝6kg，
汽油完全燃烧放出的能量：
Q＝mq＝6×4.6×107J/kg＝2.76×108J；
（2）汽车的速度：v＝90km/h＝25m/s，
由P＝得，在一百公里内发动机做的功为：
W＝Pt＝P×＝2.3×104W×＝9.2×107J；
（3）发动机的效率
η＝×100%＝×100%≈33%。
答：（1）8L汽油完全燃烧放出的热量是2.76×108J；
（2）测试时间内发动机所做的功9.2×107J；
（3）发动机的效率是33%。
25．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的，当甲物质升高的温度是乙物质的时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，则两加热器利用热能的效率之比是（ ）
A．3：4 B．1：1 C．3：2 D．2：1
【答案】B。
【解答】解：由题意可知，c甲＝2c乙，m甲＝m乙，△t甲＝△t乙，m甲′＝m乙′，
由Q吸＝cm△t可得，甲乙物质吸收的热量之比：
＝＝＝，
由Q放＝mq可得，两加热器消耗燃料完全燃烧释放的热量之比：
＝＝＝＝，
由η＝×100%可得，两加热器利用热能的效率之比：
＝＝×＝×＝。
故选：B。
26．太阳能是21世纪重点开发的能源之一，太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。如图所示是一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为S＝6m2，当太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0＝1kW时，太阳能电池产生的电压为U＝120V，并对车上的电动机提供I＝10A的电流。则这辆汽车上的太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是 20% ；如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，受到的阻力是 150 N。
【答案】20%；150。
【解答】解：太阳能电池的吸收太阳能的总功率：
P总＝P0×6＝1kW×6＝6kW，
太阳能转化为电能的有用功率：
P有用＝UI＝120V×10A＝1200W＝1.2kW，
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：
η＝＝＝20%；
∵这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，
∴转化为机械能的功率：
P′＝P有用×75%＝1.2kW×75%＝0.9kW，
∵P′＝＝＝Fv，
∴牵引力：
F＝＝＝150N，
∵汽车匀速行驶，
∴f＝F＝150N。
故答案为：20%；150。
27．电动摩托车已成为大众化的一种交通工具，小乔对家里的电动摩托车进行了测试，他骑车在平直的路面上由静止开始运动，获得如图所示的速度v和牵引力F随时间t变化的关系图像。已知匀速行驶时，电动机输入电压48V，输入电流5A，由图可知，2～7s电动摩托车受到的摩擦力为 35 N；电动摩托车匀速行驶时，电能转化为机械能的效率为 87.5 %。
【答案】35；87.5。
【解答】解：
（1）由v﹣t图像可知，7～12s内电动车以速度v＝6m/s做匀速直线运动，处于平衡状态，
则电动摩托车受到的摩擦力和牵引力是一对平衡力，二力大小相等，
由F﹣t图像可知，7～12s内牵引力F＝35N，
摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力大小有关，这两个条件不变，则摩擦力不变，
故2～7s电动摩托车受到的摩擦力与7～12s的摩擦力相同，都为35N；
（2）由v＝可得，7～12s内电动车运动的距离：
s＝vt＝6m/s×5s＝30m，
牵引力做的功：
W机械＝Fs＝35N×30m＝1050J，
7～12s内电动机消耗的电能：
W电＝UIt＝48V×5A×5s＝1200J，
电动摩托车匀速行驶时电能转化为机械能的效率：
η＝×100%＝×100%＝87.5%。
故答案为：35；87.5。
28．粮食储存仓库常常需要利用倾斜的传送带将装满粮食的麻袋运送到高处，如图所示。已知某仓库的传送带长度为L0，与水平面的夹角为30°，在电动机的带动下，传送带以v0的恒定速度向斜上方运送麻袋，电动机的输出机械功率为P0．设每条麻袋的总质量为m0，传送带的移动速度保持不变。
（1）若每次只运送一条麻袋到顶端后再运送下一条，请用以上参数推算出该传送装置的效率是多大？（设将麻袋刚放在传送带上时麻袋就具有与传送带相同的速度）
（2）为了提高工作效率，传送带上可同时运送多条麻袋（有一定间隔的放置），若传送装置本身消耗的功率为P1，求该传送带每分钟最多能将多少条麻袋运送到顶端？
【解答】解：（1）传送装置如图所示，传送带长度为L0，与水平面的夹角为30°
则h＝L0，
设每条麻袋的总质量为m0，则W有用＝Gh＝m0gh＝m0gL0，
由“传送带以v0的恒定速度向斜上方运送麻袋，电动机的输出机械功率为P0。”可得
F＝＝，
W总＝FL0＝×L0，
则该传送装置的效率η＝×100%＝×100%＝×100%。
（2）传送带对每个麻袋所做的功等于一个麻袋重力势能的增加量。
即W＝m0gL0sinθ＝m0gL0；
传送带运送麻袋做功的最大功率为△P＝P0﹣P1；
设N为传送带每分钟运送的麻袋数，则△Pt＝NW；
解得N＝＝＝＝（条）；
答：（1）该传送装置的效率是×100%。
（2）该传送带每分钟最多能将条麻袋运送到顶端。
29．“中国梦，科技梦”，中国民用无人机世界闻名。无人机在航拍、救灾等多个领域发挥重要作用。下表是小明同学查找的某款无人机的相关数据。
（1）它的螺旋桨形状跟机翼相似，螺旋桨高速旋转，给无人机提供向上的动力，所利用的物理原理是 在气体中流速越大的位置压强越小 ，在图中画出无人机在空中盘旋时所受这个力的示意图。
技术参数
飞行器
质量（含电池及桨）
1280g
最大上升速度
5m/s
最大水平飞行速度
15m/s
智能飞行电池
容量
4480mAh
正常工作电压
15.2V
能量
91.2 Wh
相机
镜头焦距
20mm
（2）在某次航拍过程中无人机以最大速度上升至300m高空，工作电流为6A，则该过程工作效率是多少？
（3）电池所储存的电能供无人机上升至300m高空后改为水平飞行，假设飞机竖直上升和水平飞行时受到的空气阻力大小与速度成正比，若不计能量损失，无人机在整个航拍过程中能以最大水平飞行速度多长时间？
【解答】解：（1）无人机机翼的横截面设计成如图所示的形状，是利用了在气体中流速越大的位置压强越小的原理，从而使机翼的上下表面产生压强差，为飞机提供升力，力的方向是竖直向上的；无人机在盘旋时受到竖直向上的压力差、竖直向下的重力的作用，如图所示：
；
（2）无人机上升过程中的电功率P＝UI＝15.2V×6A＝91.2W；
克服重力所做的功：W有＝Gh＝mgh＝1.28kg×10N/kg×300m＝3840J，
上升时间t＝＝＝60s，
无人机上升过程中消耗的电能W消＝Pt＝91.2W×60s＝5472J＝91.2Wh，
该过程中的工作效率η＝×100%＝×100%＝70.2%；
（3）上升过程中有W消＝W有+fh，则飞机受到的阻力f＝5.44N，
水平飞行时消耗的电能W＝W总﹣W消＝15.2×4480×3.6J﹣5472J＝239673.6J，
水平飞行的阻力f水＝3f＝5.44×3＝16.32N
以水平最大速度飞行的距离s＝＝＝14685.9m；
飞行时间t＝＝＝979s；
答：（1）在气体中流速越大的位置压强越小；见上图；91.2；
（2）该过程工作效率是70.2%；
（3）以水平最大速度飞行979s。
30．如图是我国西部某地区风力发电的外景。该地区空气密度为1.3kg/m3，一台风车的轮叶转动时可以形成面积为100m2的圆面。下表给出了在不同风速下一台风车获得的能量。
平均风速（m/s）
5
10
15
20
25
30
1s内获得的能量（×104J）
4
8
12
16
20
24
（1）对表格进行分析，你发现风车获得的能量与风速有什么关系？
（2）若此地平均风速为15m/s，1台这样的风车10分钟获得的风能是多少？这么多能量若有42%被80kg初温为20℃的水吸收，水温可达到多少℃？（一个标准大气压下）
（3）若某时间内风速为10m/s，一台风车工作1小时所产生的电能供10只“220V100W”灯泡正常工作8h，求这台风车发电的效率。
【解答】解：
（1）由表中数据可知，风车获得的能量随风速的增大而增大，并且成倍数的增加，所以风车获得的能量与风速成正比关系；
（2）10分钟获得的风能：
W＝12×104J×10×60s＝7.2×107J，
由题知，Q吸＝W×42%＝7.2×107J×42%，
∵Q吸＝cm△t，
即：7.2×107J×42%＝4.2×103J/（kg•℃）×80kg×△t，
解得：
△t＝90℃，
∵一个标准大气压下水的沸点为100℃
∴水的末温：
t＝100℃；
（3）风车工作1小时获得的能量：
W总＝8×104J/s×3600s＝2.88×108J；
风车工作1小时产生的电能：
W＝Pt＝10×100W×8×3600s＝2.88×107J；
故风车发电的效率：
η＝＝＝10%。
答：（1）风车获得的能量与风速成正比关系；
（2）1台这样的风车10分钟获得的风能是7.2×107J，水温可达到100℃；
专题03 热机与热机效率压轴培优专题训练（解析版）
1．如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（ ）
A．图a中气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力
B．气缸内的蒸汽推动活塞时，内能减小
C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图A所示的原理相似
D．汽油机一个工作循环的正确顺序是ABCD
【答案】C。
【解答】解：A是吸气冲程、B是压缩冲程、C是做功冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射装置是内能转化为机械能，与C图做功冲程相似；
AB、a图中，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机获得巨大的牵引力，该过程中内能转化为机械能，燃气的内能减小，故AB正确；
C、蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，而图A中汽油机的进气门打开，排气门关闭，活塞向下移动，是汽油机的吸气冲程，与蒸汽弹射装置工作时的原理不同，故C错误；
D、四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机一个工作循环的正确顺序是ABCD，故D正确。
故选：C。
2．在公路上有一辆自动挡汽车和一台拖拉机发生故障，经检查都是蓄电池坏了，不能启动，有人建议，只要把它们推动以后就可以使发动机继续工作。你认为把它们推动以后（ ）
A．汽车和拖拉机仍能行驶
B．只有汽车可以继续行驶，拖拉机不能行驶
C．只有拖拉机可以继续行驶，汽车不能行驶
D．都不能行驶
【答案】C。
【解答】解：自动挡汽车内部是汽油机，其压缩冲程末需要火花塞点燃汽油和空气的混合物，完成做功冲程，蓄电池坏了，无法产生电火花不能点燃汽油，发动机无法工作；拖拉机内部是柴油机，其结构是喷油嘴，是压燃式点火，没有蓄电池也可以工作。所以蓄电池坏了拖拉机可以继续前进，而汽车不能。
故选：C。
3．单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图如图所示，下列关于这种内燃机一个工作循环的四个冲程的顺序排列正确的是 B
A．丙、丁、乙、甲
B．乙、丁、甲、丙
C．乙、甲、丁、丙
D．甲、乙、丙、丁
（2）某四冲程内燃机，飞轮转速为300转/分钟，活塞面积为120cm2，行程L是0.3米，假如做功冲程中燃气的平均压强是5×105Pa，求：
①做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
②一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
③内燃机的功率是多少？
【解答】解：
（1）甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，应该是第三个冲程﹣﹣做功冲程；
乙图中进气门打开，排气门关闭，应该是第一个冲程﹣﹣吸气冲程；
丙图中进气门关闭，排气门打开，应该是第四个冲程﹣﹣排气冲程；
丁图中两个气门都关闭，火花塞没有点火，此时活塞向上运动，应该是第二个冲程压缩冲程。
按照四个冲程的先后顺序应该是乙、丁、甲、丙。
故选B。
（2）①活塞的面积S＝120cm2＝0.012m2，
由p＝得做功冲程中燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝5×105Pa×0.012m2＝6000N；
（2）气体每次膨胀对活塞做功：
W′＝Fs＝6000N×0.3m＝1800J，
（3）300r/min表示每分钟曲轴转动300转，每两转对外做功一次，所以每分钟做功150次，
汽油机每分钟做的功：
W＝150W′＝150×1800J＝2.7×105J；
汽油机的功率：
P＝＝＝4500W。
答：（1）B；（2）①做功冲程中燃气对活塞的平均压力6000N；②一个做功冲程中燃气对活塞做的功1800J；③汽油机的功率4500W。
4．阅读下面的短文，回答问题
涡轮增压，是一种利用内燃机运作产生的废气驱动空气压缩机的技术。涡轮增压器利用发动机排出废气的惯性来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮压送由管道送来的空气，使之增压进入气缸。
汽车发动机的工作，多是靠燃料在发动机气缸内燃烧做功，从而对外输出功率。
涡轮增压的主要原理是采用专门的压气机先将气体进行压缩，再让气体进入气缸，这样提高了进入气缸气体的密度。空气的密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。
请回答下列问题：
（1）发动机排出废气的惯性只跟废气的 质量 有关。
（2）发动机消耗内能驱动汽车行驶的是 做功 冲程，该冲程将 内 能转化为 机械 能。
（3）吸入相同体积空气时，使用涡轮增压的汽车与普通汽车相比，牵引力可做的功更 多 。
（4）发动机排出的废气的能量 不能 （选填“能”或“不能”）全部转化为叶轮的机械能用以压缩空气。
【答案】（1）质量；（2）做功；内；机械；（3）多；（4）不能。
【解答】解：
（1）惯性大小只跟物体的质量大小有关，所以发动机排出废气的惯性只跟废气的质量有关；
（2）四冲程内燃机包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能，使汽车获得动力；
（3）“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而提高了热机效率，所以在吸入相同体积空气时，使用涡轮增压的汽车与普通汽车相比，牵引力可做的功更多；
（4）发动机排出的废气带动叶轮转动过程中，要克服摩擦力做功，机械能转化为内能，所以发动机排出的废气的能量不能全部转化为叶轮的机械能用以压缩空气。
故答案为：（1）质量；（2）做功；内；机械；（3）多；（4）不能。
5．在抵制日货运动中，小将同学家响应号召，购买了一辆国产轿车。汽车应用了许多物理知识。请你运用所学的物理知识解答下列问题：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机的做功冲程是将 内 能转化为 机械 能。
（2）小轿车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是为了使车内物体所成的 虚 像（选填“实”或“虚”）位于玻璃的上方，不妨碍司机视线。
（3）汽车发动机是用水作冷却剂的，这是利用了水的 比热容 的性质；冬天，小将的父亲开车行驶在路上，不一会儿汽车挡风玻璃的内侧出现了一层“白雾”，为了尽快消除“白雾”，你认为应该开启空调的 热 （填“冷”或“热”）风。
（4）有的轿车车尾部安装一个“气流偏导器”，它是依据 流速大、压强小；流速小、压强大 的原理，当轿车高速行驶时，能产生较大的抓地力。
【答案】（1）内；机械；（2）虚；（3）比热容；热；（4）流速大、压强小；流速小、压强大。
【解答】解：（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能的过程；
（2）挡风玻璃相当于平面镜，因为平面镜成的像是虚像，所以挡风玻璃倾斜按装，是为了避免由于平面镜成像而使车内景物的像成在车的正前方，影响司机视线。
（3）和质量相同的其它物质相比，升高相同的温度，水吸热多，即：水的比热容大；汽车发动机用水作冷却剂就是利用水的这个特性；玻璃的雾气是由于车内空气中的水蒸气遇到温度较低的玻璃，放出热量液化形成的小水珠。对着车窗玻璃吹暖风，可使小水珠吸热加速蒸发，车窗玻璃就变清晰了
（4）当车高速行驶时，气流偏导器的上方空气流速小，压强大；下方空气流速大，压强小。空气对汽车向下的压强大于向上的压强，由此气体对汽车产生了一个向下的压力，使车更好的“抓”住地面。
故答案为：（1）内；机械；（2）虚；（3）比热容；热；（4）流速大、压强小；流速小、压强大；
6．阅读短文，回答问题：
从火车到火箭
生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机。在锅炉里把水烧成水蒸气，水蒸气在气缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用…
交通运输的发展迫切需要轻便的热机。于是，内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的，柴油机是1892年发明的。内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤，不但轻便，效率也提高了…
早期的飞机是由内燃机提供动力的。从上世纪40年代开始，飞机上越来越多的使用喷气发动机，它向后高速喷出气体，从而获得前进的动力。在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便…
根据材料内容，请在答题卡上回答下列问题：
（1）在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的自身重力依次 减小 （选填“增大”或“减小”）。
（2）在结构上柴油机的顶部是喷油嘴，汽油机的顶部是 火花塞 。
（3）汽油机工作过程中燃料的化学能先转化为内能，内能再转化为 机械能 。
【答案】（1）减小；（2）火花塞；（3）机械能。
【解答】解：
（1）根据材料可知，在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的重力依次减小；
（2）柴油机和汽油机在构造上的主要区别是：柴油机顶部有喷油嘴，汽油机顶部有火花塞；
（3）汽油机工作过程中燃料的化学能先转化为内能，内能再转化为机械能。
故答案为：（1）减小；（2）火花塞；（3）机械能。
7．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（ ）
A．汽油机每秒内完成30个冲程
B．汽油机的功率为2025W
C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×107N
D．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J
【答案】B。
【解答】解：A、由四冲程汽油机工作过程知，完成一个工作循环，飞轮转动2周，完成4个冲程，对外做功1次，可知当飞轮1min转动1800周，即每秒钟转动30周，完成60个冲程。故A不正确；
BCD、由题可知，p＝9.0×105Pa，S＝30cm2＝3×10﹣3m2，
燃气对活塞的平均压力为：F＝pS＝9.0×105Pa×3×10﹣3m2＝2700N。故C不正确；
s＝50mm＝0.05m，
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝2700N×0.05m＝135J。故D不正确；
飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，
燃气对活塞做的总功为：W总＝W×900＝135J×900＝121500J，
而t＝1min＝60s，而t＝1min＝60s，
汽油机的功率为：P＝＝＝2025W。故B正确。
故选：B。
8．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600r/min，该柴油机1s对外做功 30 次。若某车匀速行驶2h消耗的汽油为5kg，汽车发动机的输出的功率为12kW，则汽车发动机对外做功 8.64×107 J，汽车发动机的效率为 37.6% （q汽油＝4.6×107J/kg，留一位小数）。
【答案】30；8.64×107；37.6%。
【解答】解：（1）若飞轮转速是3600r/min＝60r/s，表示每秒飞轮转动60圈，由于热机完成一个工作循环，飞轮转动2周，经过4个冲程，燃气对外做功1次，所以转动60圈经过30个工作循环，对外做功30次；
（2）由P＝得汽车的有用功：
W有＝Pt＝12×103W×2×3600s＝8.64×107J；
释放的能量：
Q＝qm′＝4.6×107J/kg×5kg＝2.3×108J；
发动机的效率：
η＝＝×100%≈37.6%。
故答案为：30；8.64×107；37.6%。
9．如图1为四缸四冲程发动机工作原理：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
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容积的总和，如图2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）在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 600 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＝ 1.2×106 Pa。
【答案】（1）600；（2）1.2×106。
【解答】解：（1）由P＝可知，发动机在1s内做功：W＝Pt＝120×103W×1s＝1.2×105J；
发动机有四个缸同时工作，每个缸1s内做功：W＝×1.2×105J＝3×104J；
又因为转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，所以1s内做功50次，
因此在每个做功冲程里，发动机做功：W′＝×3×104J＝600J。
（2）由W＝pV可得，燃气对活塞的压强：p＝＝＝1.2×106Pa。
故答案为：（1）600；（2）1.2×106。
10．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为5×10﹣3m2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为8×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦，汽油的热值为4.6×107J/kg），求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率。
（4）若1min内消耗汽油22.5g，该汽油机的效率。
【解答】解：
（1）根据p＝可知燃气对活塞的平均压力为：
F＝pS＝8×105Pa×5×10﹣3m2＝4000N；
（2）因为s＝50mm＝0.05m，
所以一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝4000N×0.05m＝200J；
（3）飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，
所以燃气对活塞做的总功为：
W总＝W×900＝200J×900＝180000J，
汽油机的功率为：
P＝＝＝3000W；
（4）这些汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝0.0225kg×4.6×107J/kg＝1035000J，
汽油机的效率：
η＝＝×100%≈17.4%。
答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为4000N；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为200J；
（3）汽油机的功率为3000W；
（4）该汽油机的效率为17.4%。
11．随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭。小林的爸爸最近也购买了一辆轿车。下表中列出该轿车的一些性能参数。
单车质量/kg
1600
发动机排量/L
2.0
燃料
92#汽油
水箱容量/L
5.0
（1）当该轿车汽油机的转速为3600r/min时，则在1s内汽油机对外做功的次数是 30 次，压缩冲程中将 机械 能转化为 内 能。
（2）“轿车不但要吃油，有时也要喝水”，用水冷却发动机是因为水的 比热容 大，在发动机开始工作后一段时间内，水箱中水的内能会 增加 （填“增加”或“减少”），这是通过 热传递 方式来改变内能的。
（3）轿车在上坡时，将挡位换成低速挡，以减小行驶的速度，这样做的目的是 D
A．安全 B．省油 C．减小摩擦 D．增大爬坡的牵引力
（4）小林通过测量获得轿车以不同速度行驶时对应的制动距离（即从操纵制动刹车到车停下来的距离），数据如表所示：
速度/（km•h﹣1）
40
60
80
100
120
制动距离/m
8
18
50
72
根据表中数据所反映的规律，当轿车速度为80km/h时对应的制动距离是 32 m。
（5）小林通过上网查到了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示。小林又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况好，平均车速为100km/h，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km，参考图中的数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，每小时对外所做的有用功为 1.08×108 J，发动机的效率约为 32.6% 。（已知汽油的热值为4.6×107J/kg，密度为0.8×103kg/m3）
【答案】（1）30；机械；内；（2）比热容；增加；热传递；（3）D；（4）32；（5）1.08×108；32.6%。
【解答】解：（1）飞轮转速是3600r/min＝60r/s，因一个工作循环飞轮转2圈，做功一次，所以每秒可以做功30次；
在压缩冲程中，是机械能转化为内能；
（2）汽车发动机工作过程中，不可避免地产生很多热量，在质量和升高的温度相同时，水的比热最大，吸收的热量最多，冷却效果最好；
发动机工作过程中会产生热量，热量传递到水，使水的内能增加。这是通过热传递的方式改变内能的；
（3）由P＝＝＝Fv的变形式F＝可知，汽车的最大功率一定时，减小行驶速度时，可以获得更大的牵引力；
（4）通过对1、2、4、5的分析可知速度越大制动距离越大，即制动距离一定与速度有关，但明显不是正比关系，
故可以想到可能与速度的平方成正比，通过计算可知制动距离的确与速度的平方成正比：
则由＝解得：80km/h的制动距离为32m；
（5）由发动机输出特性曲线可知：发动机转速为2000r/min时，其输出功率约为30kW，
每小时对外所做的有用功：
W＝Pt＝30×103W×3600s＝1.08×108J；
行驶100km消耗的汽油是9L＝9dm3＝9×10﹣3m3，则完全燃烧释放的热量：
Q＝mq＝ρVq＝0.8×103kg/m3×9×10﹣3m3×4.6×107J/kg＝3.312×108J，
发动机的效率：
η＝×100%＝×100%≈32.6%。
故答案为：（1）30；机械；内；（2）比热容；增加；热传递；（3）D；（4）32；（5）1.08×108；32.6%。
12．图1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。
（1）发动机在做功冲程里，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 机械 能。
（2）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。
排量
2.0L
输出功率
120kW
转速
6000r/min
①该发动机在1s内做功 1.2×105 J，单缸排量V＝ 0.5 L。
②在每个做功冲程里，发动机做功W＝ 600 J。
（3）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＝ 1.2×106 Pa．（1L＝10﹣3 m3）
（4）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，则燃气对活塞的压力F＝ pS ，燃气对活塞所做的功W＝ pSl ，又根据数学知识可知发动机的单缸排量V＝ Sl ，故W＝pV。
【答案】（1）燃气；内；机械；（2）①1.2×105；0.5；②600；（3）1.2×106；（4）pS；pSl；Sl。
【解答】解：
（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；
（2）①根据P＝可知，
发动机在1s内做功：
W＝Pt＝120×103W×1s＝1.2×105J，
因为四缸总排量为2.0L，
所以单缸排量：V＝×2.0L＝0.5L，
②因为发动机在1s内做功1.2×105J，
发动机有四个缸同时工作，
所以每个缸1s内做功：
W＝×1.2×105J＝3×104J，
又因为转速为6000r/min，四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次，
所以1s内做功50次，
每个做功冲程做功：
W′＝×3×104J＝600J。
（3）因为W′＝pV，V＝0.5L＝0.5×10﹣3m3，
所以燃气对活塞的压强：p＝＝＝1.2×106Pa；
（4）根据p＝可知，
活塞受到的压力：
F＝pS，
因为在做功冲程，活塞移动的距离为l，发动机的单缸排量V＝Sl，
所以燃气对活塞所做的功：
W＝Fl＝pSl＝pS。
故答案为：（1）燃气；内；机械；（2）①1.2×105；0.5；②600；（3）1.2×106；（4）pS；pSl；Sl。
13．关于燃烧的热值，以下说法正确的是（ ）
A．燃烧的热值与燃料的种类有关系，与燃烧的质量和燃烧状况无关
B．燃烧1千克某种燃料放出的热量就是这种燃料的热值
C．燃料燃烧时，质量越大，热值越大
D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的大
【答案】A。
【解答】解：
A、燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关，故A正确；
B、燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值，必须是完全燃烧放出的热量，才是燃料的热值，故B错误；
C、热值与质量无关，只与燃料种类有关，故C错误；
D、燃料不完全燃烧时放出的热量不能称之为热值，故D错误。
故选：A。
14．如表中列出几种燃料的热值，单位是J/kg，我国航天事业用氢气作燃料是因为氢气的 热值 大，放出2.8×108J热量需要完全燃烧 2 kg氢气，相当于完全燃烧 23.3 kg干木柴。
干木柴
无烟煤
酒精
煤油
氢气
1.2×107
3.4×107
3.0×107
4.6×107
1.4×108J/m3
【答案】热值；2；23.3。
【解答】解：根据表格中数据可知氢气的热值大，且燃烧后对环境无污染；
由Q放＝mq得，
需要氢气的质量：m氢气＝＝＝2kg；
需要干木材的质量：m干木材＝＝23.3kg。
故答案为：热值；2；23.3。
15．如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同。
（1）比较不同燃料的热值应选择 BC 两个装置，比较不同物质的比热容应选择 AB 两个装置（选填装置序号A、B、C）。
（2）在“比较不同燃料的热值”的实验中，通过观察温度计的 示数变化 比较燃料燃烧放出热量的多少。已知酒精的热值为3.0×107J/kg，10g酒精完全燃烧放出的热量是 3.0×105 J。
（3）水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），它的含义是 1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J 。
【答案】（1）BC；AB；（2）示数变化；3×105；（3）1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
【解答】解：（1）为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择BC两图进行实验；
为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种比热容的大小关系，应选择AB两图进行实验；
（2）燃料完全燃烧放出的热量的多少，是通过温度计示数的变化来反应。
m＝10g＝10×10﹣3kg，
酒精完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝10×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝3.0×105J。
（3）水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），它的物理含义是1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J；
故答案为：（1）BC；AB；（2）示数变化；3×105；（3）1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
16．某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3．试求：
（1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？
（2）水吸收的热量是多少？该热水器烧水的效率是多少？
（3）如果完全燃烧0.21m3天然气放出的热量的70%用来对小轿车做功，以1000N的动力进行牵引，可使轿车行驶多远？（天然气的热值为3.2×107J/m3。）
【解答】解：
（1）0.21m3煤气完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq＝0.21m3×4×107J/m3＝8.4×106J；
（2）水吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×（60℃﹣10℃）＝4.2×106J；
该热水器烧水的效率：
η＝＝×100%＝50%；
（3）0.21m3天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq＝0.21m3×3.2×107J/m3＝6.72×106J；
根据η＝可知小轿车做功：
W＝ηQ放＝70%×6.72×106J＝4.704×106J；
根据W＝Fs可知轿车行驶的距离为：
s＝＝＝4704m。
答：（1）煤气完全燃烧放出的热量是8.4×106J；
（2）水吸收的热量是4.2×106J；该热水器烧水的效率是50%；
（3）轿车行驶的距离为4704m。
17．2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功。实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。可燃冰清洁无污染、储量巨大，是一种非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按10倍计算。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）；天然气的热值q＝7×107J/m3），求：
（1）体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？
（2）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，则水升高的温度是多少？
【解答】解：
（1）由题意可得，可燃冰的热值：
q可燃冰＝10q天然气＝10×7.0×107J/m3＝7.0×108J/m3；
0.01m3“可燃冰”完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq可燃冰＝0.01m3×7.0×108J/m3＝7.0×106J；
（2）由η＝得被水吸收的热量：
Q吸＝ηQ放＝90%×7.0×106J＝6.3×106J；
由Q吸＝cm△t可得水升高的温度：
△t＝＝＝15℃。
答：
（1）0.1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为7.0×106J；
（2）水升高度的温度是15℃
18．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给100kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤的热值约为3×107J/kg。求：
（1）煤完全燃烧产生的热量：
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量；
（3）煤炉烧水时的热效率。
（4）就小火炉的使用，谈谈你的看法： 小火炉的热效率太低，能源利用率低 （写出一点即可）。
【解答】解：
（1）2kg煤完全燃烧产生的热量Q放＝mq＝2kg×3×107J/kg＝6×107J；
（2）水所吸收的热量Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（80℃﹣20℃）＝2.52×107J；
（3）煤炉烧水时的热效率η＝＝×100%＝42%。
（4）家用煤炉效率较低，原因是：煤炭不容易完全燃烧、热量散失到空气中、废气带走很大一部分热量等。
答：
（1）煤完全燃烧产生的热量为6×107J；
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量为2.52×107J；
（3）煤炉烧水时的热效率为42%；
（4）小火炉的热效率太低，能源利用率低。
19．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW．若小汽车行驶的路程为108km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25%．则关于小汽车在这段路程中，下列说法不正确的是（ ）
A．运动的时间为1.5h
B．发动机所做的功为1.08×105kJ
C．汽车所受的阻力为1000N
D．消耗汽油的质量为5kg
【答案】D。
【解答】解：
A、根据公式v＝可知，汽车的运动时间为：t＝＝＝1.5h＝5400s，故A正确；
B、发动机所做的功为：W＝Pt＝20000W×5400s＝1.08×108J＝1.08×105kJ，故B正确；
C、汽车的速度v＝72km/h＝20m/s，根据公式P＝＝Fv可知，汽车的牵引力：F＝＝＝1000N，根据二力平衡的条件汽车汽车所受的阻力为f＝F＝1000N，故C正确；
D、汽油完全燃烧释放的热量Q＝mq，又因为Q＝，所以m＝＝＝≈9.4kg，故D错误。
故选：D。
20．小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶1小时至少需要 12 L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）；若行驶的速度为72km/h，则汽车受到的阻力为 1750 N
【答案】12；1750。
【解答】解：（1）小汽车以额定功率匀速直线行驶1h牵引力所做的功：
W＝Pt＝3.5×104W×3600s＝1.26×108J，
完全燃烧汽油放出热量Q放＝Vq，
小汽车发动机的效率η＝，
所以ηQ放＝W，
ηVq＝W，
V＝＝＝12L；
（2）因为72km/h＝20m/s，
由W＝Fs得汽车发动机的牵引力：
F＝＝＝1750N，
因为汽车在平直公路上匀速行驶，
所以汽车受到的阻力：f＝F＝1750N；
故答案为：12；1750。
21．汽车的心脏是发动机，其重要组成部分是内燃机，它在工作时能量转化情况为（内能转化为机械能）。我国汽车保有量在迅速增长，截至2017年，我国处于使用状态的汽车数量已突破3亿辆。每辆汽车每年耗油1.8吨，汽车内燃机的效率平均取值30%．如果能把内燃机效率提高6%，我国每年可以节约燃油 9×107 t（煤油的热值为4.6×107J/kg）。
【答案】9×107。
【解答】解：因为内燃机效率提高6%，
所以此时内燃机的效率：η2＝η1+6%＝30%+6%＝36%；
由η＝＝可得：W有用＝ηqm，
因为内燃机效率提高后有用功是相同的，
所以每辆汽车的有用功：η1qm1＝η2qm2，
则m2＝m1，
则每辆汽车每年节约燃油：
△m＝m1﹣m2＝m1﹣m1＝（1﹣）m1＝（1﹣）×1.8t＝0.3t；
所以我国可以节约的燃油：
△m总＝n△m＝3×108×0.3t＝9×107t；
故答案为：9×107。
22．某款国产插电混动汽车，汽油发动机既可向车轮提供动力，又可向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过驱动电机向车轮输送。整车质量（含驾驶员）为1.8t，搭载电池电量为18.75kW•h，纯电行驶时效率约为80%，利用汽油发动机行驶时热机平均效率约为30%，在平直的公路上以72km/h的速度匀速行驶，受到的阻力为总重的k＝0.03倍。汽油热值约为q＝4.5×107J/kg，g＝10N/kg，求此时：
（1）汽车需要的牵引力；
（2）以纯电行驶时，假如电池从满电到耗尽电量，可以行驶的最大路程；
（3）车辆行驶（2）中相同路程，如果以汽油发动机行驶时，需要燃烧的汽油质量。
【解答】解：（1）汽车匀速行驶时，牵引力等于阻力，则牵引力为：F＝f＝kG＝0.03mg＝0.03×1.8×103kg×10N/kg＝540N；
（2）电池从满电到耗尽电量消耗的能量为：W＝18.75kw•h＝18.75×3.6×106J＝6.75×107J，
做的有用功为：W有＝W×80%＝6.75×107×80%＝5.4×107J，
行驶的路程为：s＝＝＝105m＝100km；
（3）汽车行驶100km，如果以汽油发动机行驶需要消耗的能量：Q＝＝＝1.8×108J，
需要燃烧的汽油质量：m＝＝＝4kg。
答：（1）汽车需要的牵引力是540N；
（2）汽车以纯电行驶从满电到耗尽电量可以行驶的最大路程是100km；
（3）汽车以汽油发动机行驶（2）中相同路程时，需要燃烧的汽油质量是4kg。
23．近年来，我国汽车工业发展迅猛，各种新型汽车不断投放市场。如图所示是我省自行研制的QQ小汽车的单缸四冲程内燃机，在1min内曲轴转动2600圈，做功冲程推动活塞一次做功1500J，在这段时间内，气缸内共燃烧汽油0.1kg．【汽油的热值为4.6×107J/kg】请你算出：
（1）消耗完汽油时，内燃机获得的内能为多少？
（2）1min内，对活塞做功的功率是多少？
（3）已知内燃机的效率η＝W/Q×100%（式中W为燃料燃烧对活塞做功，Q为它在这段时间内所消耗的柴油完全燃烧所产生的热量），则该内燃机正常工作时的效率约为多少？
【解答】解：（1）消耗完汽油时，内燃机获得的总能量：
Q＝mq＝0.1kg×4.6×107J/kg＝4.6×106J；
（2）由于在1min内曲轴转动2600圈，则内燃机对外做功1300次，
对活塞做的功：W＝1500J×1300＝1.95×106J；
对活塞做功的功率：P＝＝＝3.25×104W；
（3）该内燃机正常工作时的效率：η＝×100%＝×100%≈42.4%。
答：（1）消耗完汽油时，内燃机获得的总能量为4.6×106J；
（2）内燃机对外所做的功率是3.25×104W；
（3）该内燃机正常工作时的效率约为42.4%。
24．百公里油耗指的是汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量，是汽车耗油量的一个衡量指标。由于多数车辆在90公里/时接近经济车速，因此大多对外公布的理论油耗通常为90公里/小时的百公里匀速油耗。经出厂测试，某品牌汽车百公里理论油耗为8L，汽车发动机的输出功率为23kW（已知汽油的密度为0.75×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg）。试求：
（1）8L汽油完全燃烧放出的热量；
（2）测试时间内发动机所做的功；
（3）该品牌汽车发动机的热机效率。
【解答】解：（1）汽车百公里耗油的体积：V＝8L＝8×10﹣3m3，
由ρ＝得，汽油的质量：m＝ρV＝0.75×103kg/m3×8×10﹣3m3＝6kg，
汽油完全燃烧放出的能量：
Q＝mq＝6×4.6×107J/kg＝2.76×108J；
（2）汽车的速度：v＝90km/h＝25m/s，
由P＝得，在一百公里内发动机做的功为：
W＝Pt＝P×＝2.3×104W×＝9.2×107J；
（3）发动机的效率
η＝×100%＝×100%≈33%。
答：（1）8L汽油完全燃烧放出的热量是2.76×108J；
（2）测试时间内发动机所做的功9.2×107J；
（3）发动机的效率是33%。
25．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的，当甲物质升高的温度是乙物质的时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，则两加热器利用热能的效率之比是（ ）
A．3：4 B．1：1 C．3：2 D．2：1
【答案】B。
【解答】解：由题意可知，c甲＝2c乙，m甲＝m乙，△t甲＝△t乙，m甲′＝m乙′，
由Q吸＝cm△t可得，甲乙物质吸收的热量之比：
＝＝＝，
由Q放＝mq可得，两加热器消耗燃料完全燃烧释放的热量之比：
＝＝＝＝，
由η＝×100%可得，两加热器利用热能的效率之比：
＝＝×＝×＝。
故选：B。
26．太阳能是21世纪重点开发的能源之一，太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。如图所示是一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接收太阳能的面板的有效面积为S＝6m2，当太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0＝1kW时，太阳能电池产生的电压为U＝120V，并对车上的电动机提供I＝10A的电流。则这辆汽车上的太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是 20% ；如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶时，受到的阻力是 150 N。
【答案】20%；150。
【解答】解：太阳能电池的吸收太阳能的总功率：
P总＝P0×6＝1kW×6＝6kW，
太阳能转化为电能的有用功率：
P有用＝UI＝120V×10A＝1200W＝1.2kW，
太阳能电池将太阳能转化为电能的效率：
η＝＝＝20%；
∵这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，
∴转化为机械能的功率：
P′＝P有用×75%＝1.2kW×75%＝0.9kW，
∵P′＝＝＝Fv，
∴牵引力：
F＝＝＝150N，
∵汽车匀速行驶，
∴f＝F＝150N。
故答案为：20%；150。
27．电动摩托车已成为大众化的一种交通工具，小乔对家里的电动摩托车进行了测试，他骑车在平直的路面上由静止开始运动，获得如图所示的速度v和牵引力F随时间t变化的关系图像。已知匀速行驶时，电动机输入电压48V，输入电流5A，由图可知，2～7s电动摩托车受到的摩擦力为 35 N；电动摩托车匀速行驶时，电能转化为机械能的效率为 87.5 %。
【答案】35；87.5。
【解答】解：
（1）由v﹣t图像可知，7～12s内电动车以速度v＝6m/s做匀速直线运动，处于平衡状态，
则电动摩托车受到的摩擦力和牵引力是一对平衡力，二力大小相等，
由F﹣t图像可知，7～12s内牵引力F＝35N，
摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力大小有关，这两个条件不变，则摩擦力不变，
故2～7s电动摩托车受到的摩擦力与7～12s的摩擦力相同，都为35N；
（2）由v＝可得，7～12s内电动车运动的距离：
s＝vt＝6m/s×5s＝30m，
牵引力做的功：
W机械＝Fs＝35N×30m＝1050J，
7～12s内电动机消耗的电能：
W电＝UIt＝48V×5A×5s＝1200J，
电动摩托车匀速行驶时电能转化为机械能的效率：
η＝×100%＝×100%＝87.5%。
故答案为：35；87.5。
28．粮食储存仓库常常需要利用倾斜的传送带将装满粮食的麻袋运送到高处，如图所示。已知某仓库的传送带长度为L0，与水平面的夹角为30°，在电动机的带动下，传送带以v0的恒定速度向斜上方运送麻袋，电动机的输出机械功率为P0．设每条麻袋的总质量为m0，传送带的移动速度保持不变。
（1）若每次只运送一条麻袋到顶端后再运送下一条，请用以上参数推算出该传送装置的效率是多大？（设将麻袋刚放在传送带上时麻袋就具有与传送带相同的速度）
（2）为了提高工作效率，传送带上可同时运送多条麻袋（有一定间隔的放置），若传送装置本身消耗的功率为P1，求该传送带每分钟最多能将多少条麻袋运送到顶端？
【解答】解：（1）传送装置如图所示，传送带长度为L0，与水平面的夹角为30°
则h＝L0，
设每条麻袋的总质量为m0，则W有用＝Gh＝m0gh＝m0gL0，
由“传送带以v0的恒定速度向斜上方运送麻袋，电动机的输出机械功率为P0。”可得
F＝＝，
W总＝FL0＝×L0，
则该传送装置的效率η＝×100%＝×100%＝×100%。
（2）传送带对每个麻袋所做的功等于一个麻袋重力势能的增加量。
即W＝m0gL0sinθ＝m0gL0；
传送带运送麻袋做功的最大功率为△P＝P0﹣P1；
设N为传送带每分钟运送的麻袋数，则△Pt＝NW；
解得N＝＝＝＝（条）；
答：（1）该传送装置的效率是×100%。
（2）该传送带每分钟最多能将条麻袋运送到顶端。
29．“中国梦，科技梦”，中国民用无人机世界闻名。无人机在航拍、救灾等多个领域发挥重要作用。下表是小明同学查找的某款无人机的相关数据。
（1）它的螺旋桨形状跟机翼相似，螺旋桨高速旋转，给无人机提供向上的动力，所利用的物理原理是 在气体中流速越大的位置压强越小 ，在图中画出无人机在空中盘旋时所受这个力的示意图。
技术参数
飞行器
质量（含电池及桨）
1280g
最大上升速度
5m/s
最大水平飞行速度
15m/s
智能飞行电池
容量
4480mAh
正常工作电压
15.2V
能量
91.2 Wh
相机
镜头焦距
20mm
（2）在某次航拍过程中无人机以最大速度上升至300m高空，工作电流为6A，则该过程工作效率是多少？
（3）电池所储存的电能供无人机上升至300m高空后改为水平飞行，假设飞机竖直上升和水平飞行时受到的空气阻力大小与速度成正比，若不计能量损失，无人机在整个航拍过程中能以最大水平飞行速度多长时间？
【解答】解：（1）无人机机翼的横截面设计成如图所示的形状，是利用了在气体中流速越大的位置压强越小的原理，从而使机翼的上下表面产生压强差，为飞机提供升力，力的方向是竖直向上的；无人机在盘旋时受到竖直向上的压力差、竖直向下的重力的作用，如图所示：
；
（2）无人机上升过程中的电功率P＝UI＝15.2V×6A＝91.2W；
克服重力所做的功：W有＝Gh＝mgh＝1.28kg×10N/kg×300m＝3840J，
上升时间t＝＝＝60s，
无人机上升过程中消耗的电能W消＝Pt＝91.2W×60s＝5472J＝91.2Wh，
该过程中的工作效率η＝×100%＝×100%＝70.2%；
（3）上升过程中有W消＝W有+fh，则飞机受到的阻力f＝5.44N，
水平飞行时消耗的电能W＝W总﹣W消＝15.2×4480×3.6J﹣5472J＝239673.6J，
水平飞行的阻力f水＝3f＝5.44×3＝16.32N
以水平最大速度飞行的距离s＝＝＝14685.9m；
飞行时间t＝＝＝979s；
答：（1）在气体中流速越大的位置压强越小；见上图；91.2；
（2）该过程工作效率是70.2%；
（3）以水平最大速度飞行979s。
30．如图是我国西部某地区风力发电的外景。该地区空气密度为1.3kg/m3，一台风车的轮叶转动时可以形成面积为100m2的圆面。下表给出了在不同风速下一台风车获得的能量。
平均风速（m/s）
5
10
15
20
25
30
1s内获得的能量（×104J）
4
8
12
16
20
24
（1）对表格进行分析，你发现风车获得的能量与风速有什么关系？
（2）若此地平均风速为15m/s，1台这样的风车10分钟获得的风能是多少？这么多能量若有42%被80kg初温为20℃的水吸收，水温可达到多少℃？（一个标准大气压下）
（3）若某时间内风速为10m/s，一台风车工作1小时所产生的电能供10只“220V100W”灯泡正常工作8h，求这台风车发电的效率。
【解答】解：
（1）由表中数据可知，风车获得的能量随风速的增大而增大，并且成倍数的增加，所以风车获得的能量与风速成正比关系；
（2）10分钟获得的风能：
W＝12×104J×10×60s＝7.2×107J，
由题知，Q吸＝W×42%＝7.2×107J×42%，
∵Q吸＝cm△t，
即：7.2×107J×42%＝4.2×103J/（kg•℃）×80kg×△t，
解得：
△t＝90℃，
∵一个标准大气压下水的沸点为100℃
∴水的末温：
t＝100℃；
（3）风车工作1小时获得的能量：
W总＝8×104J/s×3600s＝2.88×108J；
风车工作1小时产生的电能：
W＝Pt＝10×100W×8×3600s＝2.88×107J；
故风车发电的效率：
η＝＝＝10%。
答：（1）风车获得的能量与风速成正比关系；
（2）1台这样的风车10分钟获得的风能是7.2×107J，水温可达到100℃；
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