2021年中考物理三轮冲刺过关 专题22 热力综合计算题对策（教师版含解析）

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一、解决力热综合计算题一般涉及到的物理公式
1.速度公式：v=s/t
2.密度公式：ρ=m/V
3.重力公式：G=mg
4.压强公式：P=F/S
5.浮力公式：
(1)浮力产生的原因：F浮=F向上–F向下
(2)弹簧秤法：F浮=G–F
(3)阿基米的原理法即公式法：
F浮=G排=m排g
F浮=ρ水gV排
(4)物体在液体里漂浮或者悬浮：F浮=G
6.机械功：W=Fs；
7.功率：P=W/t
8.机械效率公式：η= W有/W总
9.物体吸热公式：Q吸=cm(t-t0)=cm△t
10.放热公式：Q放=cm(t0-t)=cm△t
11.热值公式：Q放=mq
12.热效率公式：η= Q有/Q总
二、解决力热综合计算题一般涉及到的物理规律
1.二力平衡条件：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反，两个力在同一套直线上。
拓展：同一物体水平向左的力之和等于水平向右的力之和；竖直向上的力之和等于竖直向下的力之和。
2.液体压强规律：P=ρgh
3.阿基米德原理：
4.杠杆平衡条件：F1L1=F2L2
5.热平衡方程：Q吸= Q放
中考典型例题解析
【例题1】(2021河南郑州二模)五一假期，小红全家驾车从郑州市到开封市通许县游玩，出发前，爱学习的小红收集了相关数据，整理成下表，请你根据表中数据完成相关计算．计算时需要的物理常量g取10N/kg，q汽油=4.6×107J/kg．

(1)如果你仔细观察的话，可以发现汽车的尾翼是____表面比较平，___表面的弧度大些。这和飞机的机翼是相反的。在汽车高速运动时，这种形状的尾翼会产生一个向下的压力，增加轮胎的抓地力，缩小刹车距离。该轿车静止时(车上无人)对水平地面的压强为_____Pa。
(2)该轿车匀速行驶lkm牵引力所做的功是多少J？
(3)郑州到通许消耗的汽油在完全燃烧时放出的热量是多少J？
【答案】(1)上，下。7×104Pa (2)2×106J (3)2.484×108J
【解析】(1)车的尾翼的形状上面平直、下面凸起，车高速行驶时带动空气流动，车的上方空气流速慢、压强大，车的下方空气流速快、压强小。这种形状的尾翼会产生一个向下的压力，增加轮胎的抓地力，缩小刹车距离。
轿车对地面的压力F=G=mg=1050kg×10N/kg=1.05×104N
S=0.15m2
该轿车静止时对水平地面的压强为P=F/S=1.05×104N/0.15m2=7×104Pa
(2)该轿车匀速行驶时，牵引力F等于其受到的阻力f，即F=f=2000N
路程s=lkm=l000m
根据功的计算公式W=Fs得轿车匀速行驶lkm牵引力所做的功为
W=Fs=2000N× l000m=2×106J
(3)由于行驶l km耗油量为50g，郑州到通许的距离为108km，则郑州到通许消耗的汽油质量为m汽油=108×50g=5.4×103g=5.4kg
q汽油=4.6×107J/kg
根据Q=mq得到全程消耗的汽油在完全燃烧时放出的热量为
Q=m汽油q汽油=5.4kg×4.6×107J/kg=2.484×108J
【例题2】(2021苏州一模)一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其图象如图所示，在第10s时速度达到，通过的路程为120m。求：
在内汽车的平均速度；
设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为那么在内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少焦耳？
若发动机的转化效率为，则内燃烧了多少千克汽油？已知汽油的热值大约为。
【答案】(1)12m/s；(2)8×105；(3)0.02
【解题过程】
(1)汽车在0~10s内的平均速度：
；
(2)由图像可知，10~20s汽车做匀速直线运动，所受的牵引力和阻力是平衡力，
∴汽车所受的牵引力：
，
汽车运动时间：
，
汽车在10~20s内运动的路程：
，
汽车牵引力做的功：
；
(3)汽油完全燃烧放出的热量：
，
需要燃烧汽油的质量：
．
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1.(2021海南一模)当今太阳能热水器已经在广安城乡用得非常普遍了，如图所示。已知某太阳能热水器在冬季有效日照时段里，能将8 ℃、100 L水加热到38 ℃。请解答：在此过程中，水吸收了多少热量？[水的比热容为4.2×103 J/(kg℃)，水的密度为1.0×103 kg/m3]
【答案】1.26×107 J
【解析】太阳能热水器中水的体积 V=100 L=100 dm3=0.1m3，
由ρ=m/v可得，水的质量
m=ρV=1.0×103 kg/m3×0.1m3=100kg
在此过程中，水吸收的热量
Q吸=cm(t﹣t0)
=4.2×103 J/(kg•℃)×100 kg×(38 ℃﹣8℃)
=1.26×107 J。
2.(河北衡水二模)某一型号的汽车质量为5×103kg，轮胎与地面接触面积为4×250cm2，在一段平直公路上用0.5小时匀速行驶了54km，车受到的阻力为车重的0.1倍．求：
(1)该汽车的行驶速度；
(2)该汽车对地面的压强；
(3)该汽车牵引力所做的功；
(4)已知这一过程消耗燃油1.5×10﹣2m3，求汽车发动机在这一过程中消耗的总能量及该汽车的效率．(假设燃油完全燃烧，燃油密度ρ为0.8×103kg/m3，燃油热值q为4.5×107J/kg，g取10N/kg)
【答案】(1)108km/h；(2)5×105Pa；(3)2.7×108J；(4)50%．
【解析】(1)汽车的行驶速度：
v=s/t=54km/0.5h=108km/h．
(2)F=G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N，S=4×250cm2=1000cm2=0.1m2，
该汽车对地面的压强：
P=F/S=5×104N /0.1m2=5×105Pa．
(3)f=0.1G=0.1×5×104N=5×103N，s=54km=5.4×104m，
因为匀速行驶，所以F=f=5×103N，
该汽车牵引力所做的功
W=Fs=5×103N×5.4×104m=2.7×108J，
(4)由ρ=m/V可得，燃油的质量
m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10﹣2m3=12kg，
这一过程中消耗的总能量
Q=mq=12kg×4.5×107J/kg=5.4×108J，
该汽车的效率
η=W/Q×100%=2.7×108J/5.4×108J×100%=50%．
3.(2021湖北荆州一模)五一假期，小明全家驾车从宿迁到徐州游玩，出发前，爱学习的小明收集了相关数据，整理成下表，请你根据表中数据完成相关计算．
(1)轿车静止时对水平地面的压强(g取10N/kg)；
(2)全程行车所需的时间；
(3)匀速行驶lkm牵引力所做的功；
(4)全程消耗的汽油在完全燃烧时放出的热量(q汽油=4.6×107/kg)．
【答案】(1)7×104Pa (2)1.2h (3)2×106J (3)2.484×108J
【解析】(1)根据公式p=F/S计算轿车对地面的压强，其中F=G=mg；
(2)根据t=s/v计算出行驶所用的时间；
(3)根据二力平衡条件，若匀速行驶则F=f，根据W=Fs计算出功的大小；
(4)根据公式Q=mq计算出燃油燃烧放出的热量．
4．(2021新疆一模)我市正在争创全国文明城市，各单位都加大了“创城”工作的力度。为了净化市区空气，环卫工人每天清晨都驾驶洒水车对市区道路洒水(如图)．下表是某洒水车的相关数据。已知水的密度为1.0×103kg/m3，汽油的燃烧值为4.6×107J/kg，g取10N/kg．请根据题意回答下列问题：
(1)若该洒水车的发动机是汽油发动机，发动机工作时哪个冲程将内能转化为机械能？燃烧0.5kg汽油能产生多少热量？
(2)该洒水车装满水时对地面的压强为多少？
(3)若水罐内有一漂浮的物体浸没在水中的体积为1.0×10﹣3m3，则该物体受到的浮力为多大？
(4)该洒水车在水平路面上以额定功率匀速行驶5 000m用时10min，试计算此过程汽车所受到的阻力大小。
【答案】(1)发动机工作时做功冲程将内能转化为机械能；燃烧0.5kg汽油能产生2.3×107J热量；
(2)该洒水车装满水时对地面的压强为1.5×105Pa；
(3)则该物体受到的浮力为10N；
(4)此过程汽车所受到的阻力大小为1.44×104N。
【解析】(1)汽油机的一个工作循环包括：吸气、压缩、做功、排气四个冲程；做功冲程是高温高压的燃气对活塞做功完成的，是将内能转化为机械能的过程。
燃烧0.5kg汽油产生的热量：Q=m汽油q=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J；
(2)由ρ=可知，装满水的质量：m=ρV=1.0×103kg/m3×4m3=4×103kg，
汽车和水的总重：G总=G车+G水=(m车+m水)g=(5×103kg+4×103kg)×10N/kg=9×104N；
该洒水车装满水时对地面的压力：F=G总=9×104N；
该洒水车装满水时对地面的压强：
p===1.5×105Pa；
(3)该物体受到的浮力：F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.0×10﹣3m3=10N；
(4)洒水车行驶5000m用时10min，
则行驶速度：v===m/s，
由P===Fv可得牵引力：
F===1.44×104N，
因为洒水车匀速行驶，所以受到的阻力：f=F=1.44×104N。
5.(2020湖南岳阳)某型号汽车整车与驾驶员的总质量是2060kg，驾驶员驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶进行车型测试，测试过程中消耗汽油的体积为1.5×10-3m3(g=10N/kg，ρ汽油=0.7×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg，)求：
(1)汽车与驾驶员的总重力；
(2)测试过程中消耗汽油的质量；
(3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，汽车在测试过程中做的有用功是多少。
【答案】(1)20600N；(2)1.05kg；(3)1.89×107J
【解析】(1)汽车与驾驶员的总重力
G=mg=2060kg×10N/kg=20600N
(2)测试过程中消耗汽油的质量
m汽油=ρ汽油V=0.7×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.05kg
(3)汽油完全燃烧放出的热量
Q放=m汽油q汽油=105kg×4.5×107J/kg=4.725×107J
汽车在测试过程中做的有用功
W有=Q放η=4.725×107J×40%=1.89×107J
6.(2021福建一模)小天收集了一些数据填在下表中。如果该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶100m，货车受到的阻力是车重的1/10．那么在此过程中：(g取10Nkg)
(1)该货车车牵引力是多少？牵引力所做的功是多少？
(2)燃油完全燃烧放出的热量是多少？
(3)该货车发动机的效率是多少？
【答案】(1)4×103N；4×105J；(2)8×105J；(3)50%。
【解析】(1)满载货物时货车的总质量：m=m车+m货=1.5t+2.5t=4t=4×103kg，
货车的总重力：G=mg=4×103kg×10N/kg=4×104N，
由题意知，货车受到的阻力：f=G/10=4×104N/10=4×103N，
因为该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶，
所以，根据二力平衡条件可知，该货车的牵引力：F=f=4×103N。
牵引力所做的功：W=Fs=4×103N×100m=4×105J。
(2)由表格数据可知，货车满载百公里油耗为20L，
则货车行驶100m=0.1km消耗燃油的体积：
V=(0.1km /100km)×20L=0.02L=2×10﹣5m3，
由ρ=m/V得，消耗燃油的质量：
m燃油=ρ燃油V燃油=0.8×103kg/m3×2×10﹣5m3=0.016kg，
燃油完全燃烧放出的热量：
Q放=m燃油q燃油=0.016kg×5×107J/kg=8×105J。
(3)该货车发动机的效率：
η=W/ Q放×100%=50%。
7．(2021湖南邵阳一模)如图所示，一平底热水壶，其质量为0.5kg，内底面积为180cm2．有一次小军同学用该热水壶装了1.5L的水放在水平桌面上，测得壶中水深15cm，初温20℃．请你通过计算回答：
(1)此时水和热水壶的总质量是多少？
(2)加热前水对壶底的压强多大？
(3)在标准大气压下加热水至沸腾，水至少要吸收多少热量？[ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/(kg•℃)，g＝10N/kg]
【答案】(1)此时水和热水壶的总质量是2kg；
(2)加热前水对壶底的压强为1.5×103Pa；
(3)在标准大气压下加热水至沸腾，水至少要吸收5.04×105J热量。
【解析】(1)水的体积：V水＝1.5L＝1.5×10﹣3m3，
根据ρ可得水的质量：m水＝ρ水V水＝1.0×103kg/m3×1.5×10﹣3m3＝1.5kg；
则水和热水壶的总质量：m＝m壶+m水＝0.5kg+1.5kg＝2kg；
(2)水深h＝15cm＝0.15m，
则壶底受到水的压强：p＝ρgh＝1×103kg/m3×10N/kg×0.15m＝1.5×103Pa；
(3)1标准大气压下水的沸点是100℃，则水吸收的热量：
Q吸＝c水m水(t﹣t0)＝4.2×103J/(kg•℃)×1.5kg×(100℃﹣20℃)＝5.04×105J。
轿车质量(kg)
1050
车轮与地面接触总面积(m2)
0.15
郑州到通许的距离(km)
108
预设行车速度(km/h)
90
行驶l km耗油量(g)
50
匀速行驶时受到的阻力(N)
2000
轿车质量(kg)
1050
车轮与地面接触总面积(m2)
0.15
宿迁到徐州距离(km)
108
预设行车速度(km/h)
90
行驶l km耗油量(g)
50
匀速行驶时受到的阻力(N)
2000
空车质量
水罐容积
装满水时车轮与地面的总接触面积
额定功率
5t
4m3
0.6m2
120kW
品牌型号
东风xx
外型尺寸
5×1.9×23(m)
变速箱
A85
空车质量
1.5吨
最高车速
120km/h
满载时载货量
2.5吨
空载百公里油耗
12L
燃油密度
0.8×103kg/m3
满载百公里油耗
20L
燃油热值
5×107J/kg