专题02 机械能与内能转化的热机效率问题 -【常考必刷】 2022中考物理常考计算题之经典模型培优练习

专题02 机械能与内能的转化模型 解析版 1．如图为汽油机做功冲程的示意图．若某型号单缸四冲程汽油机的活塞冲程长度为L=0.12m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压力为F=3×103N，活塞以1400次/分钟作往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次．求：    （1）汽油机在此工作状态下，对外做的一次功的大小；        （2）汽油机在此工作状态下，1min内做功的功率；        （3）如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率．（q汽油=4.6×107J/kg、不计摩擦，结果保留两位有效数字） 【答案】（1）360J（2）4200W（3）27% 【详解】 （1）汽油机对外做功一次所做的功：W1=FS=3×103N×0.12m=360J （2）汽油机一分钟做的功：W=W1=×1400×360J=252000J 汽油机做功的功率：P===4200W （3）燃料燃烧一分钟获得的内能：Q放=mq=20×10-3kg×4.6×107J/kg=9.2×105J 汽油机把内能转化为机械能的效率：η=×100%=×100%≈27%． 2．智能汽车己经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，如下图是一款质量为2t的智能汽车正在进行无人驾驶测试，汽车通过滑轮组匀速将物体提升，在汽车对绳子施加的拉力F作用下，质量为1200kg的物体以1m/s的速度匀速上升了3m，在这个过程中，拉力F做功的功率为15kW。不计绳重和轮与轴的摩擦。（q汽油=4.6×107J/kg；g=10N/kg）求： (1)拉力F的大小； (2)拉力F所做的总功； (3)假如在此过程中给好燃烧汽油4g，则该汽车将内能转化为机械能的效率是多少。（效率用百分数表示，小数点后面保留一小数） 【答案】（1）5000N；（2）4.5×104J；（3）24.5% 【详解】 解：(1)由图可知，滑轮组中有3段绳子承担物重，n=3，车运动的速度为 由得，拉力F的大小 (2)车移动的距离为 由得，拉力所做的总功 (3)由得，燃烧4g汽油放出的热量 机械效率为 答：(1)拉力F的大小为5000N； (2)拉力F所做的总功为； (3)该汽车将内能转化为机械能的效率是24.5%。 3．一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为360r/min，在做功冲程中活塞受到燃气的平均压强为1.5×106Pa，活塞的横截面积是S=1.2×10-2m2，行程是L=0.3m。 (1)该柴油机在一次做功冲程中能做多少功？ (2)该柴油机的功率为多大？ (3)若该柴油机将内能转化为机械能的效率为30%，已知柴油的燃烧值是4.3×107J/kg，则该柴油机每工作10min须燃烧柴油多少kg？（结果保留两位小数） 【答案】(1) (2) 1.62 (3) 0.75kg 【详解】 解：(1)燃气对活塞的压力为 F=pS=1.5=1.8 做功冲程中压力做的功为 W=Fs=1.8 (2)柴油机的飞轮转速为360r/min，飞轮转两周完成四个冲程，对活塞做功一次，则飞轮1min内做功的次数为 n==180 该汽油机的功率为 P====1.62 (3)根据题意可知 即 4.3m 可得 m≈0.75kg 答：(1)该柴油机在一次做功冲程中能做功； (2)该柴油机的功率为1.62； (3)若该柴油机将内能转化为机械能的效率为30%，已知柴油的燃烧值是4.3×107J/kg，则该柴油机每工作10min须燃烧柴油0.75kg。 4．某公交汽车以天然气为燃料，该车在平直公路上以15m/s的速度匀速行驶10min，消耗的天然气为4.5m3，汽车发动机提供的牵引力为6000N。已知天然气的热值是4×107J/m3，试求： (1)汽车发动机做的功是多少J? (2)所消耗的天然气完全燃烧所放出的热量是多少J? (3)发动机工作时将天然气完全燃烧获得的内能转化为机械能的效率是多大? 【答案】(1) 5.4×107J；(2) 1.8×108J；(3) 30% 【详解】 解：(1)汽车发动机做的功为 W＝Fs＝Fvt＝6000N×15m/s×10×60s＝5.4×107J (2)天然气完全燃烧所放出的热量是 Q放＝qV＝4×107J/m3×4.5m3＝1.8×108J (3)发动机的热效率为 η＝＝30% 答：(1)汽车发动机做的功是5.4×107J； (2)所消耗的天然气完全燃烧所放出的热量是1.8×108J； (3)发动机工作时将天然气完全燃烧获得的内能转化为机械能的效率是30%。 5．我国研制的大客机C919搭载某涡轮喷气发动机，它的热效率和推进效率比一般客机高，所谓热效率是指发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指发动机对飞机的推力所做的功与发动机获得的机械能之比。 速度v